温控探针台杠杆式探针支架

近日，研究人员在Nature Communications发表相关论文，提出了一种方法来实现AFM大面积高分辨率的成像。在显微镜中，分辨率和视野通常是互相矛盾的。以原子力显微镜（AFM）为例，悬臂探针在扫描基板时，在局部力的影响下会发生偏转，因此高分辨率成像很大程度上会局限于小区域。尽管原子力显微镜在材料科学、生物学和表面科学等领域产生了巨大的影响，但成像领域的局限性仍然是研究复杂层次结构样品的关键障碍。针对于此，研究人员通过结合无悬臂梁探针结构和用于检测探针-样品接触的可伸缩光学方法，证明了具有1000个探针的大规模平行AFM是可能的。具体而言，发现相对柔顺薄膜上的光学反射锥形探针包含分布式光学杠杆，该杠杆将探针运动转换为提供低于10 nm垂直精度的光信号。这种方法的可扩展性使得它非常适合需要大面积高分辨率的成像应用。原子力显微镜（AFM）自1986年发明以来，已成为获取微纳米尺度表面形貌和功能特性信息的主要方法。为了检测尖端和基底之间的微小力，AFM通常使用在局部力的影响下偏转的微悬臂，产生可以使用光学杠杆检测到的运动。然而，由于基于探针的成像的串行性，只能以较小的视场为代价来获得更高的空间分辨率。目前正在努力解决这一挑战，包括设计具有更高带宽的探测器，以及采用诸如IBM千足虫之类的探测器阵列。然而，现代成像阵列只有30个探头，突出了有效并行悬臂梁传感的困难。虽然AFM界对探针阵列的采用受到限制，但是探针阵列被广泛用于扫描探针光刻（SPL），或者通过机械变形、阳极氧化和直接材料沉积等多种方式使用纳米级物理探针来定义图案的过程。为了解决串行图形固有的有限吞吐量，研究人员探索了一种无悬臂梁结构，其中探针阵列位于刚性表面上的顺应膜上。虽然这种结构赋予了探针所需的柔顺性探针-样品接触和可扩展性提供多达数百万探头，但悬臂梁提供的力感应能力丧失。如果这种无悬臂梁的探针阵列能够被修改以实现探针-样品接触的并行检测，那么它们就可以提供一种大规模并行化AFM的方法，并且可以革命性地增加这种有影响力的成像工具系列的吞吐量。a.实验装置侧视图，探针-样品接触导致弹性体薄膜变形。b.通过蓝宝石晶圆观察弹性薄膜变形时的光学对比度图示。反射光强度I随位置变化x而变化。探针运动的光学特征称为分布光学杠杆。c.用于实现用于成像的探针阵列的微加工工艺，涉及蓝宝石晶片、聚二甲基硅氧烷（PDMS）背衬层、刚性聚合物探针和铝反射涂层。探针阵列的扫描电子显微镜（SEM）图像和比例尺分别为60µm和3µm的阵列d和单个探针e的图像。科研人员在成果中展示了由无悬臂结构中的探针阵列实现的大规模并行原子力显微镜，这些探针通过被称之为分布式光学杠杆的可伸缩光学机制提供局部形貌信息。通过建立分布式光学杠杆的模型，利用配位力和光学显微镜对其进行系统的研究，研究人员发现光学对比度在力和变形方面呈线性关系，能够提供低于10 nm的垂直精度。基于这种结构和成像机制的探针阵列，研究人员同时在阵列中使用1088个探针成像，并以100纳米横向分辨率和9纳米垂直精度在0.5毫米范围内绘制样本高度。该系统的高通量特性使其在高分辨率大面积的领域具有重要的应用前景，如集成电路计量、光学亚表面表征和生物组织的多尺度研究。通过设计分布式光学杠杆来测量每个探针的变形，科研人员证明了扫描探针可以并行化，从而提高AFM成像的吞吐量。在最初的演示中，1088个探针被并行使用，以纳米级分辨率成像5毫米宽的表面。由于其结构简单且与现有的光刻系统兼容，这些探针阵列可以作为独立的成像工具或作为大规模并行光刻系统的补充，以实现纳米组合实验中的同时光刻和成像。并行化在增加成像带宽的同时，也加强了这种方法的主要局限性，即探头无法独立移动以调节探头-样本力或容纳非常高的特征。在这里讨论的探针阵列中，这将对样品平面度和垂直范围施加限制。然而，值得强调的是，显示无悬臂梁阵列不必是被动的，因为扫描探针光刻实验表明，这种阵列可以使用光、热或气动系统进行独立调制，这可能为克服并行化带来的挑战提供了一条途径。有趣的是，亚波长光阑阵列与无悬臂梁结构相结合，实现了无衍射光刻。如果目前的CF-AFM方法可以与这种孔径阵列结合使用，它就有可能实现大规模并行扫描近场光学显微镜（SNOM）。因此，这种成像方法为从组织工程到光学超表面和集成电路的检测等多种应用的表面形貌的快速和高分辨率查询打开了大门。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-20612-3

探针台是一种很专业的仪器，它主要的功能就是针对半导体元件进行检测，这里面说的半导体元件指的是集成电路，分立器件，光电器件，传感器等元件以及封装的测试。通过探针台配合测量仪器可完成集成电路的电压，电流，电阻和电容电压特性曲线等参数检测。可以适用于对芯片进行科研分析，抽查检测等；可以保证这些半导体元件的质量，缩短研发时间和器件制作工艺的成本，所以，它的存在对于制造半导体的企业来说是非常重要的。随着半导体市场的逐步开放和增长，作为半导体检测的必备仪器—探针台的市场也在逐年增长和扩大中，不论是海外品牌还是国产品牌，近几年在半导体检测仪器市场中的规模都在逐年扩大。由于高校的管理模式及制度，探针台大多养在“深闺”，大量科研资源潜能没有得到充分发挥。为解决这个问题并加速释放科技创新的动能，中央及各级政府在近几年来制订颁布了关于科学仪器、科研数据等科技资源的共享与平台建设文件。2021年1月22日，科技部和财政部联合发布《科技部 财政部关于开展2021年度国家科技基础条件资源调查工作的通知（国科发基〔2020〕342号）》，全国众多高校和科研院所将各种科学仪器上传共享。其中，对探针台的统计分析或可一定程度反映科研领域相关仪器的市场信息（注：本文搜集信息来源于重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台，部分仪器品牌信息不全则根据型号等信息补全，不完全统计分析仅供读者参考）。不同地区（省/市）仪器分布情况本次统计，共涉及探针台的总数量为235台，涉及20省（直辖市/自治区），84家单位。其中，上海市共享磁测量仪器数量最多达63台，占比29%，涉及17所高校、研究院所和企事业单位等，上海如此高的占比主要是由于其集成电路等半导体产业发达。上海市探针台主要来自于上海华岭集成电路技术股份有限公司，共有25台，占上海市总共享探针台的11%。仪器所属学科领域分布从仪器所属学科领域分布可以看出，探针台主要用于电子与通信技术、物理学和材料科学研究，占比分别为32%、17%和14%。不过，信息科学与系统科学和信息与系统科学相关工程与技术两个学科重合度较高，合计占比达16%，比材料科学略高。需要注意的是，以上统计存在交叉分布的情况，即该仪器同时属于多类学科领域。仪器所属单位性质分布那么这些仪器主要分布在哪些单位呢？统计结果表明，共享探针台主要分布于高校中，占比达60%，这一结果主要是因为共享仪器平台的仪器由高校上传所致，统计结果并不能体现出此类仪器的市场分布。不过共享仪器最多的确实企业中的上海华岭集成电路。而高校和科研院所共享数量TOP5分别为清华大学、苏州大学、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、东南大学、北京大学，这些高校院所都具有集成电路研发的基础。探针台主要品牌分布探针台品牌所属地区分布这些探针台主要品牌为美国Cascade、美国Lake Shore和日本东京精密，占比分别为28%、23%和16%。Cascade是全球领先的的探测系统、探针、探测器等产品的设计生产商，公司成立于1983年，总部设在美国俄勒冈州西北部城镇，为全球晶圆级测试的销售、服务和应用而存在，自主拥有150多项专利技术。Lake Shore公司成立于1968年，位于美国俄亥俄州哥伦布市，是低温与磁场科研设备的国际领导者。主要产品包括：振动样品磁强计、低温真空探针台、霍尔效应测量系统、低温控温仪、低温传感器、高斯计、磁通计等。可以看出，目前我国高校院所的探针台仍以进口为主，大部分市场被美日产品垄断，进口产品占比超过90%。此外，在统计过程中，笔者发现探针台常与半导体参数测量仪搭配联用，而搭配的半导体参数测量仪主要是美国Keithley的4200-SCS型号的产品。这是美国泰克旗下的吉时利品牌的一款产品。不过目前该型号已下架，最新款是4200A-SCS型号，4200A-SCS 参数分析仪支持许多手动和半自动晶片探测器和低温控制器，包括 MPI、Cascade MicroTech、Lucas Labs/Signatone、MicroManipulator、Wentworth Laboratories、LakeShore Model 336 低温控制器。Keithley 4200A-SCS 参数分析仪本次共享探针台仪器盘点，涉及等Cascade、Lake Shore、东京精密、MPI、Janis、SUSS、东京电子、奕叶、Signatone、ARS、FORMFACTOR、MPI等三十多家厂商，呈现出三超多强局面。探针台高校院所市场将爆发随着集成电路产业的爆发式发展，2018 年开始，将集成电路设置成一级学科的提案开始出现。2018 年中国科学院院士王阳元在新时期中国集成电路产业论坛中提议，微电子学科提升为一级学科。学术界和产业界对集成电路成为一级学科异常关注。2019 年 10 月 8 日，工信部官网发布《关于政协十三届全国委员会第二次会议第 2282 号（公交邮电类 256 号）提案答复的函》中表示，工信部与教育部等部门将进一步加强人才队伍建设，推进设立集成电路一级学科，进一步做实做强示范性微电子学院。去年12月30日，国务院学位委员会、教育部正式下发关于设置“集成电路科学与工程”一级学科的通知。过去一年来，北京航空航天大学、安徽大学、广东工业大学、中山大学、清华大学等国内多所高校均成立集成电路相关学院。随着集成电路学院的纷纷成立，高校院所对半导体相关仪器设备需求将剧增，探针台作为半导体检测的重要仪器，相关市场将爆发。

KLA探针式轮廓仪的过去，现在，与未来。KLA Instruments&trade 探针式轮廓仪（也称台阶仪）提供高精度2D和3D表面量测，测量台阶高度、表面粗糙度、翘曲度和应力以及优秀的稳定性和可靠性，满足客户的研发和生产要求。目前，KLA Instruments&trade 台阶仪包括专为研发助力的Alpha-Step系列D-500/D600桌面式台阶仪，工厂生产用Tencor P-系列P-7，P-17，P-17 OF量产型台阶仪，还有自动化产线上的 HRP系列P-170和HRP-260全自动台阶仪。自1977年KLA首款商用探针式轮廓仪问世，经过四十多年的不断探索和技术创新，KLA取得了一个又一个突破，不断稳固自身在行业中的领导地位。1977Alpha-Step100 是Tencor 推出的首款台阶仪产品。其在台阶高度测量的准确性和重复性方面表现优异。凭借价格实惠、外形小巧和功能强大，很快就成为大多数半导体制造厂或晶圆厂重要的工具。1983Alpha-Step 200 发布，扫描速度比竞品快 2 倍，配备 CRT 显示器，能够自动测量、调平和计算。1987Alpha-Step 250 问世，灵敏度增强至 1 &angst ，增加了隔声外壳。1988Tencor P系列的P-1探针式轮廓仪实现了单次长度 200mm 扫描，且无需任何拼接。P-1 轮廓仪采用革 命性的全新设计，在扫描平台、光学和传感器技术方面进行了行业创新，提供无可匹敌的稳定性、灵敏度和重复性。该系统具有超平面扫描平台，能够单次扫描实现高达 200mm 的高分辨率，确定表面粗糙度、波纹度和薄膜应力特征。新平台也是 3D 扫描平台，增加了第三维度来表现表面形貌。该系统的特色是采用顶视光学系统来提供清晰的样品视图，不受传统倾斜侧视的扭曲影响。此外，该系统的传感器技术采用业界先进的线性可变差分电容器 (LVDC)，从而使电子分辨率达到亚埃级，并且转动惯量小，可实现低作用力控制并降低对噪声的敏感性。1991Tencor P2H 支持自动晶圆和磁盘机械手臂， 减少接触样品带来的污染。同年的Tencor P2 采用开放式框架，支持尺寸达 430mm x 430mm 的样品，同时Tencor FP2可扫描尺寸达 630mm x 630mm 的样品，用于平板行业。1994Tencor P-20 全自动探针式轮廓仪发布，增加了图案识别和 SECS/GEM，并且与现有的机械手臂相结合，实现了全自动化。Alpha-Step 500增加垂直量程至 1mm，并配备了全新高倍率光学器件和彩色摄像头。1996Tencor P-10、 P-11、 P-12 和 P-22 相继发布，产品采用最新的低作用力控制技术，延长垂直量程至1000µ m并增强环境隔离功能。Microhead II 增强线性可变差分电容器 (LVDC)，并增加低至 0.05mg的程式控制低作用力。它增加了通过动态调整枢轴上的作用力，确保在任何台阶高度下，样品表面都能够施加相同的力。此外，新传感器可支持高达 1000µ m 台阶高度。P-12 新增隔声罩和主动隔离台，不仅增强对环境噪声的隔离，还能够测量超光滑硬盘的粗糙度。P-22 在现有 P-20 机械手臂的基础上新增一个隔离台，实现自动晶圆传送、图案识别和 SECS/GEM 等全自动测量，从而为半导体行业提供整体解决方案， 提高其生产效率。1997Tencor P-30 将开放式晶圆盒机械臂替换为 SMIF 机械臂和系统的内置微环境， 以支持半导体行业新的洁净度要求。HRP-220 是在线表面量测的一大突破，配备了 P-22 的长扫描平台以及高分辨率压电平台，DuraSharp 探针可实现精细的特征测量和分析。同年，Tencor Instruments 和 KLA Instruments 两家公司合并成立了 KLA-Tencor, Inc.，成为世界领先的半导体制造和相关行业的良率管理及工艺控制解决方案供应商之一。1998HRP-320 在HRP-220 的测量能力基础上扩展到 300mm 晶圆，是能够单次扫描测量 300mm 晶圆全直径的系统。1999HRP-240 和 HRP-340 在使用的便利性、产出和精度上有了重大改进。新增压电挠性平台设计，以尽量减少平面外的运动，扫描平面度 2x 在保持 90µ m x 90µ m 扫描区域和 1nm 分辨率的同时，比以前的设计有了很大的进步。该系统增加在线高倍和低倍光学器件，并利用距离传感器实现无接触自动聚焦，从而可允许快速、精确对焦，并通过减少探针的表面接触次数来延长其使用寿命。长扫描平台通过增加线性编码器来提高样品定位的准确性，而更细螺距的丝杠可实现更高的分辨率。通过增加数字信号处理器来管理所有平台控制，将计算机处理能力留给用户接口，从而改善系统的整体性能。新增浸渍模式（Dipping Mode&trade ）能够测量高深宽比的蚀刻深度特征。2001Tencor P-15 结合了 P-10 和 P-11 系统的功能，技术更加成熟，为单一平台上的研发和生产提供支持。2003Alpha-Step IQ 在 Alpha-Step 500 基础上新增 USB 电子器件和全新设计的软件，可以显著提供增强的扫描排序和数据分析能力。2007Tencor P-16+ 在-15 的基础上进行了改进：新的 USB 电子器件、更强大的软件以及 Apex 高级数据分析和报告撰写软件功能。2008Tencor P-6 是一台高性能探针式轮廓仪，在较小的平台上沿用了 P-16+ LVDC 传感器技术和扫描平台技术。HRP-250 和 HRP-350 仪器采用噪音更低的 LVDC 传感器技术、新的隔离系统（仅 HRP-350）和第二代 DuraSharp II 探针。可实现更小特征的测量和接近 2 倍的吞吐量。2009Ambios Technology 加入KLA-Tencor并发布 XP100 和 XP200，采用光学杠杆传感器技术，垂直量程1200µ m 并支持200mm晶圆样品。2010KLA-Tencor 发布了基于 Ambios Technology 平台的 Alpha-Step D-100 和 D-120，采用增强光学杠杆传感器技术， 显著改善了测量的稳定性。2013Tencor P-7 和 P-17 配备了新高分辨率彩色相机，并增强了对翘曲度和应力的测量。2014Alpha-Step D-500 和 D-600 仪器采用了与 P系列相同的高分辨率相机。增加了侧视图的梯形校正功能，并且进一步改善了测量的重复性。2016Tencor P-170结合了 P-17 与 HRP 机械手臂，是一款新的全自动探针式轮廓仪。同年，HRP系列的新机型HRP-260 也随后发布。新仪器在自动化晶圆处理方面有了重大的改进。增加了几何图案识别，提高了倾斜校正算法的准确性，并采用新方法进行自动灯光控制。机械手臂包含新电子器件，可支持碳化硅 (SiC) 和蓝宝石等透明样品以及硅、砷化镓 (GaAs) 和 AlTiC 等不透明样品的预对准。也支持卡盒内wafer探测和读取wafer ID.2019KLA Instruments&trade 全系列探针式轮廓仪Alpha-Step、Tencor P- 和 HRP，移植软件平台至最新的Windows 10 OS。同时，新的测量和数据分析功能发布在新的软件平台中。2023KLA将继续探索的脚步，而探针式轮廓仪全线产品也将持续发展，为满足客户的需求不断努力创新。Keep Looking Ahead！

近日，中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所生物医学光学与分子影像研究中心研究员储军课题组在《自然-通讯》（Nature Communications）上，发表了题为A high-performance genetically encoded fluorescent indicator for in vivo cAMP imaging的研究论文，报道了高性能基因编码的环磷酸腺苷（cAMP）荧光探针及其应用。　　cAMP是细胞内关键第二信使，可整合来自多种G蛋白偶联受体（GPCR）的信号，在学习与记忆、药物成瘾、运动控制、免疫、肿瘤、代谢等过程中发挥重要作用。活细胞和活体水平的cAMP分子浓度变化的高时空分辨率荧光成像是解析cAMP信号通路及其生物学功能的重要基础。因此，开发高灵敏的cAMP荧光探针成为研究复杂生物过程的关键。与非基因编码探针（染料和材料类）相比，基因编码探针具有低毒性、低背景、可遗传、可定位特定细胞亚结构或特定细胞等优点，在生命科学基础研究中具有优势。然而，现有的50多个基因编码的cAMP荧光探针或灵敏度低（荧光变化最大只有1.5倍），或荧光亮度较暗，较难监测活体中微弱的内源性cAMP变化，限制了生理和病理状态下cAMP分子调控机理和功能的研究。　　为了开发适用于活体检测的高灵敏度探针，研究人员将环化重排绿色荧光蛋白（cpGFP）插入细菌MlotiK1通道的cAMP结合结构域（mlCNBD）中。经过插入位点筛选、连接肽优化、荧光蛋白及感应模块优化，研究得到了具有高亮度、高灵敏度、合适亲和力和快响应速度等特征的高性能基因编码cAMP绿色荧光探针（G-Flamp1）。晶体结构显示G-Flamp1探针的连接肽具有独一无二的结构：其中一个连接肽是一个非常刚性的 β-strand 结构，这在其他晶体结构已知的环化重排荧光蛋白探针中是不存在的，为开发其他高性能探针提供了新思路和新方法。　　在体外实验中，结合/未结合cAMP的G-Flamp1有不同发色团环境。G-Flamp1在450 nm（单光子）或者900-920 nm（双光子）激发下，动态范围达最大，即ΔF/F0约为13。G-Flamp1与cAMP亲和力适中，其解离常数Kd值为2.17 μM。G-Flamp1可在亚秒时间分辨率上检测cAMP动态变化。在培养细胞中，该探针均匀分布在细胞质和细胞核中，本底荧光亮度介于同类探针cAMPr和Flamindo2之间。G-Flamp1探针在活细胞中的动态范围达到了12倍，是目前少数几个动态范围在10倍以上的荧光蛋白探针之一。同时，该探针具有良好的特异性和可逆性（图1）。　　研究人员将G-Flamp1探针应用在果蝇这一模式生物中。果蝇脑部蘑菇体（mushroom body）的Kenyon细胞中cAMP信号通路在气味相关的记忆中发挥关键作用。研究首先获取了Kenyon细胞中表达G-Flamp1探针的转基因果蝇，而后利用双光子成像发现，果蝇受到气味或电击刺激时，蘑菇体不同子区域呈现不一样的cAMP信号时空变化（图2），暗示不同子区域可能在联想性学习中起着相对独立的作用。　　为验证G-Flamp1探针在活体动物中检测cAMP 动态变化的实用性，研究人员利用腺相关病毒在小鼠运动皮层中共表达绿色G-Flamp1探针和红色jRGECO1a钙探针。活体双光子成像揭示了跑步运动中细胞特异性的cAMP信号，并与钙信号无明显相关性（图3)。这反映了小鼠运动时大脑皮层M1神经元反应的异质性。　　研究人员在小鼠大脑深部的伏隔核（NAc）脑区中表达G-Flamp1探针，并利用光纤记录听觉巴甫洛夫条件反射任务中该脑区cAMP信号的变化。结果表明随着训练的熟练，小鼠得到奖赏时cAMP信号幅度在降低，而听到相应声频信号时cAMP信号幅度在升高（图4）；该特性与多巴胺信号类似，暗示多巴胺释放引起了cAMP信号。综上，G-Flamp1探针的高信噪比和高时间分辨率能够高灵敏检测到活体小鼠中内源性cAMP信号的动态变化。　　该研究开发了一种适用于活体检测的cAMP荧光探针，并初步揭示了果蝇和小鼠等模式生物在特定行为过程中特定神经元的cAMP信号变化的规律，为进一步阐释cAMP信号的调控和功能奠定了基础。结合高内涵药物筛选平台，该探针将尝试应用于针对GPCR受体的药物筛选，以期发现更多的具有临床价值的GPCR药物。　　研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助，并获得北京大学、中科院神经科学研究所、中山大学附属第五医院、美国堪萨斯州立大学、华中科技大学等的支持。

岛津高分辨率扫描探针显微镜SPM-8000FM荣获日刊工业新闻社主办的2014年第57届 “十大新产品奖 ”制造奖。该奖项是从当年度开发并投放到市场的产品中，评选出能够促进制造业发展，并提升日本国际竞争力的产品。2014年共有60家公司的65款产品参加角逐，共17款产品获得此奖项。岛津产品已经连续3年荣膺此奖项。 2014年第57届 “十大新产品奖 ”制造奖 岛津高分辨率扫描探针显微镜SPM-8000FM 日本岛津制作所于2014年1月6日推出了最新型号扫描探针显微镜——高分辨率扫描探针显微镜SPM-8000FM，不同于现有扫描探针显微镜/原子力显微镜多采用调幅（AM）方式，而采用更高灵敏度、更高稳定性的调频（FM）方式，因此称为高分辨率HR-SPM（High Resolution Scanning Probe Microscope）扫描探针显微镜。并突破了FM方式只能在真空环境中观察这一瓶颈，成为首款可在大气溶液环境下进行原子级的结构观察和物性测定的扫描探针显微镜，并达到真空环境中超高分辨率水平。 SPM-8000FM可在大气溶液环境下分析薄膜、结晶、半导体、有机材料等多种样品。首次实现了在固体和液体的临界面（固液界面）进行水化、溶剂化的观察，因此也可以作为固液界面结构的观察分析仪器。例如，可实现锂离子电池中电解液和电极界面发生的结构变化，或者脂类等生物分子溶液中的结构观察等研究，为电子设备、纳米材料、催化剂、生物材料等纳米技术领域的研发工作带来新手段。 在尖端纳米技术领域的研发过程中，不仅要在真空环境中，更需要在实际使用环境中进行原子级的结构观察和物性测定，准确把握样品特性。岛津制作所与京都大学等科研机构共同研发的SPM-8000FM高分辨率扫描探针显微镜充分满足了纳米研究人员的理想。据悉，该款仪器已于2014年3月展开在中国市场的销售应用服务工作。 SPM-8000FM特点1. 突破超高真空瓶颈，实现大气˙溶液中的超高分辨率观察由于SPM检测悬臂位移的光学杠杆检测系统的固有噪音水平较高，所以只能在真空中完成超高分辨率观察。岛津高分辨率扫描探针显微镜SPM-8000FM通过提高光学杠杆检测系统的效率、降低激光干扰等技术研发，将现有光杠杆检测系统的噪音水平降低95%，开创了SPM在大气溶液中的超高分辨率观察。因此，利用SPM-8000FM可以清晰的观察到大气中酞菁铅晶体薄膜的分子排列结构、水中氯化钠（NaCl）的原子结构等。还可以进行有机分子在溶液中特定反应的功能性评价、反应评价，所以在有机元件的开发领域将发挥巨大作用。2. 不再局限于表面观察，实现了固液界面的局部三维结构的观察分析目前已知固液界面会在溶质与水（溶媒）的相互作用下形成复杂的层状结构，称之为水化溶剂化层，可对固液界面的化学反应、电荷移动、润滑、热传导等产生很大的影响。但是水化溶剂化层非常薄，在临界面的垂直方向上呈现不均一的结构，所以水化溶剂化层的显微观察迄今为止都是一个难题。SPM-8000FM利用超高灵敏度的力检测系统实现了水化溶剂化结构的观察分析。通过采用新的扫描方式，首次实现了三维结构的解析。不仅可以观察电极、聚合物在界面活性剂、生物界面等溶液中的表面形态，还可以进行固液界面结构的观察分析。

为广泛征求用户的意见和需求，了解中国科学仪器的市场情况和应用情况，仪器信息网自2008年6月1日开始，对不同行业有代表性的“100家实验室”进行走访参观。近日，仪器信息网工作人员参观访问了本次活动的第五十四站：北京离子探针中心，该中心学术秘书王晨女士热情地接待了仪器信息网到访人员。　　北京离子探针中心(以下简称“中心”)成立于2001年12月18日，是由科技部、国土资源部和中科院共同出资1800万元，以共建共享方式建立的国家大型科学仪器中心，现依托于中国地质科学院地质研究所。该中心成立九年以来，坚定不移地走大型仪器共建共享的道路，仪器运行效率和科研成果产出率都进入了国际先进行列。　　中心副主任张玉海高级工程师(左三)、杨之青工程师(右二)、王晨女士(左二)与仪器信息网工作人员合影　　王晨女士首先为我们介绍了中心的主要仪器及其在实验室相关测试、研究业务中发挥的重要作用。“中心的核心仪器是高分辨二次离子探针质谱((Sensitive High Resolution Ion Microprobe II ，SHRIMPⅡ)。相应的配套仪器包括扫描电镜及阴极发光探头、水冷系统、超净台、显微照相、空气压缩机以及用于制样的镀金仪、抛光机等。”　　北京离子探针中心的主要仪器情况　　拥有国内唯一两台高分辨二次离子探针质谱，测试业务专门面向地质学相关领域开放　　“中心于2001年5月引进的SHRIMPⅡ是世界上第九台、国内第一台SHRIMPⅡ，它是专门针对同位素地质年代学、宇宙年代学、地球化学和宇宙地球化学等地质学相关研究中的重同位素分析而设计，特别是锆石微区定年。该仪器是磁质谱，配备单接收器，当时购买价格为1800万元。”　　“多年来，SHRIMPⅡ运行情况一直良好，坚持每天24小时，每周7天不间断运行，年分析机时(指仪器进行样品或标准样品分析的时间)保持在7200小时左右，达到科技部有关大型仪器运行效率规定的优秀标准(1600小时/年)四倍之多，成为世界上运行效率最高的一台SHRIMP。”　　“鉴于SHRIMPⅡ的超高使用效率以及仪器维护保养方面的考虑，财政部2005年出资3000万元为北京离子探针中心添置了第二台二次离子探针质谱——SHRIMPⅡe-MC，该仪器相比于SHRIMPⅡ，离子源添加了铯源，在分析重同位素的同时又能分析轻同位素，且配备了多个接收器。鉴于北京离子探针中心的新基地还未建好，所以该仪器暂且还停放在澳大利亚，预计2011年会移至新基地。”　　高分辨二次离子探针质谱(SHRIMPⅡ)　　样品前处理：精“挑”细“选”、细致“打磨”　　“矿物样品在进入SHRIMPⅡ分析之前，要经过一系列的前处理，大约需要一周的时间。首先是选矿，将采来的岩石标本粉碎成粉末，经过筛选、磁选、手工挑选等步骤后，挑选出其中的锆石颗粒，一般一个样品会挑选出几十颗至上千颗锆石颗粒。”　　“其次是样品制靶，将选出的锆石颗粒，固定在双面胶上，将标样与样品排列在指定位置，随后用模具注入环氧树脂，抽真空，烘干，使树脂固化后对其进行打磨、抛光，使靶表面光滑。”　　样品靶　　(图注：靶上面的“线”即是锆石颗粒阵列。)　　“第三是用显微镜给靶照相，该步骤的目的有二：一是给锆石样品定位，二是通过显微镜的透、反射光对样品的照射，分析锆石颗粒的内部结构以及检查其表面是否有裂隙、瑕疵，为SHRIMPⅡ分析时选点提供依据。”　　“最后是阴极发光照相，将显微镜照相后的靶进行超声波清洗，在靶的检测光面上镀上金膜，随后放在扫描电子显微镜下做阴极发光照相，以确定锆石颗粒内部同位素的分布情况。经过这些步骤后，靶才可以放入SHRIMPⅡ内进行分析了。”　　日立S-3000N扫描电子显微镜　　(图注：该仪器配备GATAN公司Chroma阴极发光探头，可提供彩色及黑白阴极发光照片。)　　S-3000N拍摄的锆石照片　　奉行“开放、共享、高效”的运行原则，仪器使用率与开放程度堪称典范　　“中心自成立之日起就奉行‘开放、共享、高效’的运行原则，面向国内外地学界全方位开放共享。2005年12月，中心项目组研发出了离子探针远程共享控制系统(SROS，SHRIMP Remote Operation System)，该系统实现了在Internet公共网络环境下，实时远程控制SHRIMPⅡ，观测样品图像实时变化，在线获取试验数据、远程协同信息交流等远程实验功能，达到了亲临北京离子探针中心进行实验的效果，更好地实现了SHRIMPⅡ的开放、共享。”　　“开放、共享的运行机制给中心带来了巨大的工作量和众多的访问者。中心成立九年以来，共有来自国土资源部、中科院、大专院校以及港台地区的30多个相关单位的数百名科研工作者使用中心的SHRIMPⅡ对自己的样品进行了分析研究。另外，一批来自美国、英国、法国、意大利、德国、澳大利亚、韩国、巴西、古巴、蒙古国、波兰和土耳其等国的学者也来中心完成锆石定年工作和短期访问，其中不乏国际一流的地质学家。正是因为如此，北京离子探针中心的仪器利用率和开放程度均居国际同类实验室的前列。”　　打造“测试、技术、研究”三位一体的实验室，从事质谱仪器研发　　在谈到中心的总体发展情况时，王晨女士转述了中心主任刘敦一研究员的看法：“北京离子探针中心如果仅作为一个测试平台，其功能是有限的，要发挥它的巨大作用，我们就应当坚持测试、技术、研究这三方面并行发展的策略。通过测试业务，我们了解到科学家们对SHRIMPⅡ的性能有哪些方面要求，进而中心的技术人员对仪器进行改进，然后仪器使用者再使用，并给予反馈。如此反复，我们仪器相关技术水平越来越高，而这方面水平的提高也促进了中心的研究工作。所以测试、技术、研究这三方面是相互促进的，三者的融合让我们有可能实现各种革新与突破。”　　“中心现在主要从事的研究有：从事地质年代学和宇宙年代学研究 进行必要的矿物微区稀土地球化学研究 解决重大地球科学研究课题中的时序问题，特别是太阳系和地球的形成及早期历史研究 主要造山带的构造演化研究 地质年代表研究 大型和特殊矿床成矿时代研究 发展定年新技术新方法等。”　　“除此之外，中心还从事科学仪器研发。中心主任刘敦一研究员认为：科学仪器自主研发能力的重要性再明显不过。一个国家如果没有独立自主的科学仪器研发能力，其科学技术的发展不可能领先，其工业、农业创新体系不可能形成，独立自主的国防体系不可能建立，因而科学仪器自主研发能力是关系到国家安全和民族发展的大事。目前北京离子探针中心承担了《二次离子质谱仪器核心技术及关键部件的研究与开发》项目，正从事二次离子质谱(SIMS)及飞行时间(TOF)串联质谱的若干关键技术和关键部件的研究。”　　王晨女士(中)向仪器信息网工作人员介绍SHRIMPⅡ　　附录：北京离子探针中心　　http://www.bjshrimp.cn/

——首款可分析固液界面结构的扫描探针显微镜 岛津高分辨率扫描探针显微镜SPM-8000FM 日本岛津制作所于2014年1月6日推出了最新型号扫描探针显微镜——高分辨率扫描探针显微镜SPM-8000FM，不同于现有扫描探针显微镜/原子力显微镜多采用调幅（AM）方式，而采用更高灵敏度、更高稳定性的调频（FM）方式，因此称为高分辨率HR-SPM（High Resolution Scanning Probe Microscope）扫描探针显微镜。并突破了FM方式只能在真空环境中观察这一瓶颈，成为首款可在大气溶液环境下进行原子级的结构观察和物性测定的扫描探针显微镜，并达到真空环境中超高分辨率水平。 SPM-8000FM可在大气˙溶液环境下分析薄膜、结晶、半导体、有机材料等多种样品。首次实现了在固体和液体的临界面（固液界面）进行水化、溶剂化的观察，因此也可以作为固液界面结构的观察分析仪器。例如，可实现锂离子电池中电解液和电极界面发生的结构变化，或者脂类等生物分子溶液中的结构观察等研究，为电子设备、纳米材料、催化剂、生物材料等纳米技术领域的研发工作带来新手段。 在尖端纳米技术领域的研发过程中，不仅要在真空环境中，更需要在实际使用环境中进行原子级的结构观察和物性测定，准确把握样品特性。岛津制作所与京都大学等科研机构共同研发的SPM-8000FM高分辨率扫描探针显微镜充分满足了纳米研究人员的理想。据悉，该款仪器将于3月展开在中国市场的销售应用服务工作。 SPM-8000FM特点1. 突破超高真空瓶颈，实现大气˙溶液中的超高分辨率观察由于SPM检测悬臂位移的光学杠杆检测系统的固有噪音水平较高，所以只能在真空中完成超高分辨率观察。岛津高分辨率扫描探针显微镜SPM-8000FM通过提高光学杠杆检测系统的效率、降低激光干扰等技术研发，将现有光杠杆检测系统的噪音水平降低95%，开创了SPM在大气˙溶液中的超高分辨率观察。因此，利用SPM-8000FM可以清晰的观察到大气中酞菁铅晶体薄膜的分子排列结构、水中氯化钠（NaCl）的原子结构等。还可以进行有机分子在溶液中特定反应的功能性评价、反应评价，所以在有机元件的开发领域将发挥巨大作用。 2. 不再局限于表面观察，实现了固液界面的局部三维结构的观察分析目前已知固液界面会在溶质与水（溶媒）的相互作用下形成复杂的层状结构，称之为水化溶剂化层，可对固液界面的化学反应、电荷移动、润滑、热传导等产生很大的影响。但是水化溶剂化层非常薄，在临界面的垂直方向上呈现不均一的结构，所以水化溶剂化层的显微观察迄今为止都是一个难题。SPM-8000FM利用超高灵敏度的力检测系统实现了水化溶剂化结构的观察分析。通过采用新的扫描方式，首次实现了三维结构的解析。不仅可以观察电极、聚合物在界面活性剂、生物界面等溶液中的表面形态，还可以进行固液界面结构的观察分析。

近日，中科院大连化学物理研究所研究员徐兆超团队发展了聚集体调控探针，解决了以往蛋白标签荧光探针在超分辨成像应用中缺乏对多种细胞器通用性标记的问题。相关研究成果已发表于《聚集体》。　　纳米尺度下细胞器与亚细胞器动态行为的监测与解析对于生命进程的解密至关重要。徐兆超团队前期针对溶酶体内酸性微环境设计合成了溶酶体自闪染料，并借助单分子定位显微镜（SMLM）实时监测了溶酶体运动并发现4种溶酶体间相互作用模式，针对脂滴内部高度疏水环境设计了缓冲脂滴探针，实现了脂滴的稳定超分辨成像并发现脂滴融合的新模式。该团队构建的SNAP蛋白标签探针还克服了传统线粒体探针易受电位波动而脱靶的问题，实现了对线粒体的稳定标记和动态超分辨成像。　　然而，蛋白标签荧光探针依然面临细胞渗透性差的问题，特别是探针在细胞内局域分布使得单一探针难以具有对多种细胞器广谱性标记的性能。对此，该团队发展了具有“单体—二聚体—聚集体”多体系动态调控的SNAP蛋白标签探针BGAN-Aze，该探针在细胞外形成荧光淬灭的纳米聚集体而具有快速穿透细胞膜和在细胞内广泛分布的能力，在细胞内以单体的形式与目标蛋白共价连接，并伴随荧光的恢复，最终实现细胞内多种细胞器选择性荧光识别与细胞器亚结构的动态超分辨成像。　　此外，研究发现BGAN-Aze为不带电荷的中性分子，可保持高度的细胞渗透性与生物相容性，能够实现纳米尺度下对细胞膜、线粒体、细胞核等多种细胞器亚结构的长时间追踪。　　该探针基于遗传编码技术，实现了细胞内多种细胞器选择性荧光识别的广谱应用性，并且实现了细胞器亚结构的动态超分辨成像，进而揭示了多种未见报道的细胞器结构动态变化，为进一步研究不同细胞器的功能提供工具。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所生物医学光学与分子影像研究中心研究员储军课题组在《自然-通讯》（Nature Communications）上，发表了题为A high-performance genetically encoded fluorescent indicator for in vivo cAMP imaging的研究论文，报道了高性能基因编码的环磷酸腺苷（cAMP）荧光探针及其应用。cAMP是细胞内关键第二信使，可整合来自多种G蛋白偶联受体（GPCR）的信号，在学习与记忆、药物成瘾、运动控制、免疫、肿瘤、代谢等过程中发挥重要作用。活细胞和活体水平的cAMP分子浓度变化的高时空分辨率荧光成像是解析cAMP信号通路及其生物学功能的重要基础。因此，开发高灵敏的cAMP荧光探针成为研究复杂生物过程的关键。与非基因编码探针（染料和材料类）相比，基因编码探针具有低毒性、低背景、可遗传、可定位特定细胞亚结构或特定细胞等优点，在生命科学基础研究中具有优势。然而，现有的50多个基因编码的cAMP荧光探针或灵敏度低（荧光变化最大只有1.5倍），或荧光亮度较暗，较难监测活体中微弱的内源性cAMP变化，限制了生理和病理状态下cAMP分子调控机理和功能的研究。为了开发适用于活体检测的高灵敏度探针，研究人员将环化重排绿色荧光蛋白（cpGFP）插入细菌MlotiK1通道的cAMP结合结构域（mlCNBD）中。经过插入位点筛选、连接肽优化、荧光蛋白及感应模块优化，研究得到了具有高亮度、高灵敏度、合适亲和力和快响应速度等特征的高性能基因编码cAMP绿色荧光探针（G-Flamp1）。晶体结构显示G-Flamp1探针的连接肽具有独一无二的结构：其中一个连接肽是一个非常刚性的 β-strand 结构，这在其他晶体结构已知的环化重排荧光蛋白探针中是不存在的，为开发其他高性能探针提供了新思路和新方法。在体外实验中，结合/未结合cAMP的G-Flamp1有不同发色团环境。G-Flamp1在450 nm（单光子）或者900-920 nm（双光子）激发下，动态范围达最大，即ΔF/F0约为13。G-Flamp1与cAMP亲和力适中，其解离常数Kd值为2.17 μM。G-Flamp1可在亚秒时间分辨率上检测cAMP动态变化。在培养细胞中，该探针均匀分布在细胞质和细胞核中，本底荧光亮度介于同类探针cAMPr和Flamindo2之间。G-Flamp1探针在活细胞中的动态范围达到了12倍，是目前少数几个动态范围在10倍以上的荧光蛋白探针之一。同时，该探针具有良好的特异性和可逆性（图1）。研究人员将G-Flamp1探针应用在果蝇这一模式生物中。果蝇脑部蘑菇体（mushroom body）的Kenyon细胞中cAMP信号通路在气味相关的记忆中发挥关键作用。研究首先获取了Kenyon细胞中表达G-Flamp1探针的转基因果蝇，而后利用双光子成像发现，果蝇受到气味或电击刺激时，蘑菇体不同子区域呈现不一样的cAMP信号时空变化（图2），暗示不同子区域可能在联想性学习中起着相对独立的作用。为验证G-Flamp1探针在活体动物中检测cAMP 动态变化的实用性，研究人员利用腺相关病毒在小鼠运动皮层中共表达绿色G-Flamp1探针和红色jRGECO1a钙探针。活体双光子成像揭示了跑步运动中细胞特异性的cAMP信号，并与钙信号无明显相关性（图3)。这反映了小鼠运动时大脑皮层M1神经元反应的异质性。研究人员在小鼠大脑深部的伏隔核（NAc）脑区中表达G-Flamp1探针，并利用光纤记录听觉巴甫洛夫条件反射任务中该脑区cAMP信号的变化。结果表明随着训练的熟练，小鼠得到奖赏时cAMP信号幅度在降低，而听到相应声频信号时cAMP信号幅度在升高（图4）；该特性与多巴胺信号类似，暗示多巴胺释放引起了cAMP信号。综上，G-Flamp1探针的高信噪比和高时间分辨率能够高灵敏检测到活体小鼠中内源性cAMP信号的动态变化。图1.G-Flamp1探针在体外和培养细胞内的表征图2.不同刺激下果蝇Kenyon细胞中cAMP信号的变化图3.运动过程中小鼠皮质神经元内cAMP信号的变化图4.巴甫洛夫条件反射任务中小鼠NAc脑区cAMP信号的变化该研究开发了一种适用于活体检测的cAMP荧光探针，并初步揭示了果蝇和小鼠等模式生物在特定行为过程中特定神经元的cAMP信号变化的规律，为进一步阐释cAMP信号的调控和功能奠定了基础。结合高内涵药物筛选平台，该探针将尝试应用于针对GPCR受体的药物筛选，以期发现更多的具有临床价值的GPCR药物。 研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助，并获得北京大学、中科院神经科学研究所、中山大学附属第五医院、美国堪萨斯州立大学、华中科技大学等的支持。

什么是扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope--SPM)? SPM是一个大的种类，目前，SPM家族中已经产生了二三十种显微镜，如扫描隧道显微镜STM）、原子 （力显微镜（AFM）、磁力显微镜（MFM）、静电力显微镜（EFM）、近场光学显微镜（SNOM）等等。 SPM的工作原理是基于微观或介观范围的各种物理特性，通过原子线度的极细探针在被研 究物质的表 面上方扫描时检测探针&mdash 样品两者之间的相互作用,以得到被研究物质的表面特性，不同类型的SPM之间 的主要区别在于它们的针尖特性及其相应的针尖----样品相互作用方式的不同。 　 扫描隧道显微镜模块： 　 STM（Scanning Tunneling Microscope的简称）的工作原理来源于量子力学中的隧道效应原理。 当金属探针在与导电样品非常接近时（小于1nm），控制探针在样品表面进行逐行扫描，检测探针与样 品间隧道电流的变化来获取样品表面形貌、I-Z、I-V曲线等其它特性。 由于要在探针和样品间产生并传输隧道电流，所以只能检测导电 样品。 　 什么是原子力显微镜（Atomic Force Microscope -- AFM）? AFM是SPM最重要的发展。它控制一个微悬臂探针在样品表面进行逐行扫描，当探针在与样品非 常接近时（小于1nm），由于两者间原子的相互作用力，使对微弱力极敏感的微悬臂发生偏转，再 通过光杠杆作用将微小偏转放大，用四象限光电探测器检测，以获取样品表面形貌和其它物理、化 学特性。AFM按照其成像模式和检测信号的不同，有多种不同的工作模式，适用于不同性质的材料. 样品。 由于AFM对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛，弥补了STM只能观察导电样品的不足。 　 原子力显微镜基础模块： 　 该模块包含原子力显微镜接触模式和横向力模式。 模式 接触模式：微悬臂探针紧压样品表面，扫描过程中与样品保持接触。该 时探 模式分辨率较高，但成像针对样品作用力较大，容易对样品表面形 测表 成划痕，或将样品碎片吸附在针尖上，适合 检测强度较高、结构 稳定的样品。 横向力模式：是接触模式的扩展技术，针尖压在样品表面扫描时，与起 伏力方向垂直的横向力使微悬臂探针左右扭曲，通过检测这种扭 曲，获得样品纳米尺度局域上探针的横向作用力分布图。 原子力显微镜专业模块： 　 该模块包含原子力显微镜轻敲模式和相移模式。 轻敲模式：在扫描过程中微悬臂被压电驱动器激发到共振振荡状态，样 品表面的起伏使微悬臂探 针的振幅产生相应变化，从而得到样品 的表面形貌。 由于该模式下，针尖随着悬臂的振荡，极其短暂地对样品进行&ldquo 敲 击&rdquo ，因此横向力引起的对样品的破坏几乎完全消失，适合检测粉体颗 粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率接触模式低。 相移模式：是轻敲模式的扩展技术，通过检测微悬臂实际 振动与其驱动信 号源的相位差的变化来成像。引起相移的因素很多，如样品的组分、 硬度、粘弹性、环境阻尼等。因此利用相移模式，可以在纳米尺度上 获得样品表面局域性质的丰富信息。 液相模式：（选配）配有液体池，工作时探针和样品都在液体环境中， 适用于生物样品 摩擦力显微镜模块： 　 原子力显微镜基础模块中的横向力模式可以获得样品与探针的横向作用力分布图。由于影响 横向力的因素很多，主要包括样品移动方向与针尖悬臂角度、样品晶格排列角度、摩擦力、台阶扭动、 粘弹性等，因此，如果能够基本确定其它因素，利用横向力模式可以对样品纳米级摩擦系数进行间接测 量，进行表面裂缝及粘弹性分析等。 摩擦力显微镜是用于定量评价极轻载荷下（10^-7&mdash 10^-9N）薄膜材料的摩擦学特性，通过对针 悬臂 尖及悬臂的力学特性准确标定，能够获取微观摩擦系数，为纳米摩擦学研究提供依据。利用我们独创的 对分模式扫描，可以准确标定针尖悬臂与扫描方向的90度角，以消除针尖放置角度的不准确和扫描器 误安装位置的差；通过设定正压力的变化范围，可以连续改变正压力， 几分钟内就可完成几小时才能 完成的测量过程，而且系统状态变化很小， 使得测量更准确；由于有4通道同步采集，在所有的力测量过程中，我们 可以同时采集到样品的起伏、针尖所受到的起伏力、横向力，可以准确 分析针尖的状态，为精确分析摩擦力提供了更为详实的数据。 　 磁力/静电力显微镜模块： 　 抬起模式：该工作模式分两个阶段,第一阶段与普通原子力显微镜形貌成像一样，在探针与样品间 距1nm以内成像，然后，将探针抬起并一直保持相同距离，进行第二次扫描，该扫描过程可以对一些 相对微弱但作用程较长的作用力进行检测，如磁力或静电力。 磁力显微镜（Magnetic Force Microscope -- MFM）：控制磁性 探针在磁性样品表面进行逐行扫描,利用抬起模式进行二次成像，获得样 品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 静电力显微镜（Electrostatic Force Microscope -- EFM）： 控制导电探针在样品表面进行逐行扫描，利用抬起模式二次成像，获得 样品纳米尺度局域上静电场分布图。 　 扫描探针声学显微镜模块： 扫描探针声学显微镜（SPAM，Scanning Probe Acoustic Microscope）是将原子力显微镜与电声成 像技术相结合，采用声学成像模式，借用声波记录下物质的内部模样，建立了低频（30kHz）高分 辨率（~10nm）扫描探针声学显微成像技术。其特点是能够获得反映材料亚表面纳米尺度结构的声 学像和性能的原位检测，克服了现有SPM只能获得材料表面结构和性质的不足。迄今为止，反映材 料亚表面纳米尺度结构及有关物性的声学功能模式的SPM在国内外报道甚少。 　 样品定位辅助模块： 　 该模块包含高分辨CCD光学显微系统和高精度电控样品移动平台。 高分辨CCD光学显微系统：在计算机上成像，用于观察探针和样 品，放大80&mdash 600倍。 高精度电控样品移动平台：计算机自动控制，配合 光学显微系统 进行精确样品移动和定位的装置。移动范围5mm*5mm，单步移动步长最小 85nm。 　 纳米加工模块： 　 SPM的纳米加工技术是纳米科技的核心技术之一，常用的加工方法包括机械刻蚀、电致/场致刻 润笔 蚀、浸润笔(Dip-Pen Nano-lithography,DNP)等。其基本原理是利用SPM针尖在样品表面准确移动， 与样 同时控制针尖-样品间的相互作用，就可完成所需的加工过程。 常用的移动方法包括矢量和点阵。矢量法通过矢量产生插件建立矢量数据文件，然后进行刻蚀。 使用这种方法，线条连续，刻蚀速度快，但矢量编辑较为麻烦。点阵法通过插件自动分析需要刻蚀的图 象，在样品上边扫描边刻蚀。这种方法不用编辑矢量，与原图像几乎不失真，但刻蚀速度慢，线条不连 续。可以根据需要选择不同的方法。 　 SPM通用平台开放式开发系统模块： 　 SPM通用平台开放式开发系统是一套完整的SPM模块化开发平台，简称&ldquo 开发系统&rdquo 。包括软件 板和 开发模硬件开发套件。如果您需要在已有的SPM功能上开发特殊要求的功能模块，就需要购买开发系 统。目前，离线软件开发模板我们都免费赠送，鼓励用户亲自开发，或者提出详细要求和算法，委托我 们为SPM定制1-2个特殊功能的处理插件，这都是免费的服务。 软硬件结合的特殊功能的SPM开发就要使用&ldquo 开发系统&rdquo 了。这套系统具体包括软件开发模板、硬件 扩展接口测试箱(硬件扩展实验板组)、硬件接口插件模板、开发手册。该系统的设计充分考虑了用户级 二次开发的方便性、可行性和可靠性。当然，您也可以购&ldquo 开发系统&rdquo ，然后提出IDEA，由我们来帮您 合作完成。 在您了解了各个功能模块后，您可以选型了，我们为了您搭建了四种机型，它们的外形都基本 一样，那是因为这样便于您今后无障碍模块化升级。 模块/型号 ZL STM-II 型 扫描隧道显微镜 ZLAFM-II型 原子力显微镜 ZLAFM-III型 扫描探针显微镜 ZL3000型扫 描探针显微镜 扫描隧道 显微镜模块 　 　 　 　 原子力显微镜 基础模块 　 　 　 　 原子力 显微镜 专业模块 　 　 　 　 摩擦力 显微镜模块 　 　 可选配　 　 磁力/静电力 显微镜模块 　 　 　 　 样品定位 铺助模块 　 可选配 　 　 纳米 加工 模块 　 可选配 可选配 可选配 SPM通用平台 开发系统 　 　 可选配 可选配 扫描探针 声学模块 　 　 可选配 可选配 各功能模块介绍摘要： 1．扫描隧道显微镜只能检测 导电样品，因其有样品的局限性，所以通常作为教学仪器。 2．原子力显微镜对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛。AFM基础模块包括接触模式和横 向模式；AFM专业模块包括轻巧和相移模式。 3．接触模式AFM适合检测表面强度较高、结构稳定的样品。 4．横向力模式AFM可以获得样品纳米尺度局限上探针的横向作用力分布图。 5．轻敲模式AFM适合检测粉体颗粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率比接 触模式较低。 6．相移模式AFM对不同组分材料的组分变化比较敏感。 7．磁力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 8．静电力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上静电场分布图。 9．样品定位辅助模块用于实现样品在毫米量级范围内以纳米精度搜寻定位。 10．纳米加工模块用于实现矢量刻蚀和图形刻蚀方法的纳米加工。 11．如需开发特殊功能SPM，需要购买SPM通用平台开放式开发系统。 配置/型号 ZL STM-II ZL AFM-I ZL AFM-II ZL AFM-III ZL 3000 主机 可扩展式电子学控制机箱 多模式扫描探针显微镜组合式探头 扫描隧道显微镜 原子力显微镜 接触/横向力 模式 原子力显微镜 轻敲/相移 模式 摩擦力显微镜 磁力/静电力显微镜 针尖粗调/自动趋近机构 扫描器(单一多量程自适应扫描器不更换技术) 针尖架 扫描隧道模式针尖架 原子力基础模式针尖架 原子力专业模式针尖架 磁力模式针尖架 静电力模式针尖架 组合式纳米级减振系统 1个 包含 包含 包含 包含 包含 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 1套 6&mu m 6&mu m 50&mu m 50&mu m 100&mu m 1个 2个 3个 5个 1个 　 　 　 1套 软件 系统 　 在线控制软件 1套 离线图像处理/分析软件 离线软件开发模板 摩擦力分析软件 　 　 　 　 网络实验室远程控制软件 　 　 　 培训课件/实验教材/科普教材/说明书光盘 　 附件 标准样品 1套 样品载片 5片 5片 10片 10片 15片 STM探针 Pt-Ir 20 20cm 　 20cm AFM接触/横向力/摩擦力模式探针（进口） 　 10枚 AFM轻敲/相移模式探针（进口） 　 　 　 10枚 MFM磁力探针（进口） 　 　 　 　 5枚 EFM导电探针（进口） 5枚 专用工具（镊子、针尖剪刀、玻璃皿 等） 1套 样品 定位 模块 高分辨CCD光学显微系统 可选配 高精度电控样品移动平台 　 　 纳米加工模块 SPM通用平台开放式开发系统 　 　 　 什么是扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope--SPM)? SPM是一个大的种类，目前，SPM家族中已经产生了二三十种显微镜，如扫描隧道显微镜STM）、原子 （力显微镜（AFM）、磁力显微镜（MFM）、静电力显微镜（EFM）、近场光学显微镜（SNOM）等等。 SPM的工作原理是基于微观或介观范围的各种物理特性，通过原子线度的极细探针在被研 究物质的表 面上方扫描时检测探针&mdash 样品两者之间的相互作用,以得到被研究物质的表面特性，不同类型的SPM之间 的主要区别在于它们的针尖特性及其相应的针尖----样品相互作用方式的不同。 　 扫描隧道显微镜模块： 　 STM（Scanning Tunneling Microscope的简称）的工作原理来源于量子力学中的隧道效应原理。 当金属探针在与导电样品非常接近时（小于1nm），控制探针在样品表面进行逐行扫描，检测探针与样 品间隧道电流的变化来获取样品表面形貌、I-Z、I-V曲线等其它特性。 由于要在探针和样品间产生并传输隧道电流，所以只能检测导电 样品。 　 什么是原子力显微镜（Atomic Force Microscope -- AFM）? AFM是SPM最重要的发展。它控制一个微悬臂探针在样品表面进行逐行扫描，当探针在与样品非 常接近时（小于1nm），由于两者间原子的相互作用力，使对微弱力极敏感的微悬臂发生偏转，再 通过光杠杆作用将微小偏转放大，用四象限光电探测器检测，以获取样品表面形貌和其它物理、化 学特性。AFM按照其成像模式和检测信号的不同，有多种不同的工作模式，适用于不同性质的材料. 样品。 由于AFM对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛，弥补了STM只能观察导电样品的不足。 　 原子力显微镜基础模块： 　 该模块包含原子力显微镜接触模式和横向力模式。 模式 接触模式：微悬臂探针紧压样品表面，扫描过程中与样品保持接触。该 时探 模式分辨率较高，但成像针对样品作用力较大，容易对样品表面形 测表 成划痕，或将样品碎片吸附在针尖上，适合 检测强度较高、结构 稳定的样品。 横向力模式：是接触模式的扩展技术，针尖压在样品表面扫描时，与起 伏力方向垂直的横向力使微悬臂探针左右扭曲，通过检测这种扭 曲，获得样品纳米尺度局域上探针的横向作用力分布图。 原子力显微镜专业模块： 　 该模块包含原子力显微镜轻敲模式和相移模式。 轻敲模式：在扫描过程中微悬臂被压电驱动器激发到共振振荡状态，样 品表面的起伏使微悬臂探 针的振幅产生相应变化，从而得到样品 的表面形貌。 由于该模式下，针尖随着悬臂的振荡，极其短暂地对样品进行&ldquo 敲 击&rdquo ，因此横向力引起的对样品的破坏几乎完全消失，适合检测粉体颗 粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率接触模式低。 相移模式：是轻敲模式的扩展技术，通过检测微悬臂实际 振动与其驱动信 号源的相位差的变化来成像。引起相移的因素很多，如样品的组分、 硬度、粘弹性、环境阻尼等。因此利用相移模式，可以在纳米尺度上 获得样品表面局域性质的丰富信息。 液相模式：（选配）配有液体池，工作时探针和样品都在液体环境中， 适用于生物样品 摩擦力显微镜模块： 　 原子力显微镜基础模块中的横向力模式可以获得样品与探针的横向作用力分布图。由于影响 横向力的因素很多，主要包括样品移动方向与针尖悬臂角度、样品晶格排列角度、摩擦力、台阶扭动、 粘弹性等，因此，如果能够基本确定其它因素，利用横向力模式可以对样品纳米级摩擦系数进行间接测 量，进行表面裂缝及粘弹性分析等。 摩擦力显微镜是用于定量评价极轻载荷下（10^-7&mdash 10^-9N）薄膜材料的摩擦学特性，通过对针 悬臂 尖及悬臂的力学特性准确标定，能够获取微观摩擦系数，为纳米摩擦学研究提供依据。利用我们独创的 对分模式扫描，可以准确标定针尖悬臂与扫描方向的90度角，以消除针尖放置角度的不准确和扫描器 误安装位置的差；通过设定正压力的变化范围，可以连续改变正压力， 几分钟内就可完成几小时才能 完成的测量过程，而且系统状态变化很小， 使得测量更准确；由于有4通道同步采集，在所有的力测量过程中，我们 可以同时采集到样品的起伏、针尖所受到的起伏力、横向力，可以准确 分析针尖的状态，为精确分析摩擦力提供了更为详实的数据。 　 磁力/静电力显微镜模块： 　 抬起模式：该工作模式分两个阶段,第一阶段与普通原子力显微镜形貌成像一样，在探针与样品间 距1nm以内成像，然后，将探针抬起并一直保持相同距离，进行第二次扫描，该扫描过程可以对一些 相对微弱但作用程较长的作用力进行检测，如磁力或静电力。 磁力显微镜（Magnetic Force Microscope -- MFM）：控制磁性 探针在磁性样品表面进行逐行扫描,利用抬起模式进行二次成像，获得样 品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 静电力显微镜（Electrostatic Force Microscope -- EFM）： 控制导电探针在样品表面进行逐行扫描，利用抬起模式二次成像，获得 样品纳米尺度局域上静电场分布图。 　 扫描探针声学显微镜模块： 扫描探针声学显微镜（SPAM，Scanning Probe Acoustic Microscope）是将原子力显微镜与电声成 像技术相结合，采用声学成像模式，借用声波记录下物质的内部模样，建立了低频（30kHz）高分 辨率（~10nm）扫描探针声学显微成像技术。其特点是能够获得反映材料亚表面纳米尺度结构的声 学像和性能的原位检测，克服了现有SPM只能获得材料表面结构和性质的不足。迄今为止，反映材 料亚表面纳米尺度结构及有关物性的声学功能模式的SPM在国内外报道甚少。 　 样品定位辅助模块： 　 该模块包含高分辨CCD光学显微系统和高精度电控样品移动平台。 高分辨CCD光学显微系统：在计算机上成像，用于观察探针和样 品，放大80&mdash 600倍。 高精度电控样品移动平台：计算机自动控制，配合 光学显微系统 进行精确样品移动和定位的装置。移动范围5mm*5mm，单步移动步长最小 85nm。 　 纳米加工模块： 　 SPM的纳米加工技术是纳米科技的核心技术之一，常用的加工方法包括机械刻蚀、电致/场致刻 润笔 蚀、浸润笔(Dip-Pen Nano-lithography,DNP)等。其基本原理是利用SPM针尖在样品表面准确移动， 与样 同时控制针尖-样品间的相互作用，就可完成所需的加工过程。 常用的移动方法包括矢量和点阵。矢量法通过矢量产生插件建立矢量数据文件，然后进行刻蚀。 使用这种方法，线条连续，刻蚀速度快，但矢量编辑较为麻烦。点阵法通过插件自动分析需要刻蚀的图 象，在样品上边扫描边刻蚀。这种方法不用编辑矢量，与原图像几乎不失真，但刻蚀速度慢，线条不连 续。可以根据需要选择不同的方法。 　 SPM通用平台开放式开发系统模块： 　 SPM通用平台开放式开发系统是一套完整的SPM模块化开发平台，简称&ldquo 开发系统&rdquo 。包括软件 板和 开发模硬件开发套件。如果您需要在已有的SPM功能上开发特殊要求的功能模块，就需要购买开发系 统。目前，离线软件开发模板我们都免费赠送，鼓励用户亲自开发，或者提出详细要求和算法，委托我 们为SPM定制1-2个特殊功能的处理插件，这都是免费的服务。 软硬件结合的特殊功能的SPM开发就要使用&ldquo 开发系统&rdquo 了。这套系统具体包括软件开发模板、硬件 扩展接口测试箱(硬件扩展实验板组)、硬件接口插件模板、开发手册。该系统的设计充分考虑了用户级 二次开发的方便性、可行性和可靠性。当然，您也可以购&ldquo 开发系统&rdquo ，然后提出IDEA，由我们来帮您 合作完成。 在您了解了各个功能模块后，您可以选型了，我们为了您搭建了四种机型，它们的外形都基本 一样，那是因为这样便于您今后无障碍模块化升级。 模块/型号 ZL STM-II 型 扫描隧道显微镜 ZLAFM-II型 原子力显微镜 ZLAFM-III型 扫描探针显微镜 ZL3000型扫 描探针显微镜 扫描隧道 显微镜模块 　 　 　 　 原子力显微镜 基础模块 　 　 　 　 原子力 显微镜 专业模块 　 　 　 　 摩擦力 显微镜模块 　 　 可选配　 　 磁力/静电力 显微镜模块 　 　 　 　 样品定位 铺助模块 　 可选配 　 　 纳米 加工 模块 　 可选配 可选配 可选配 SPM通用平台 开发系统 　 　 可选配 可选配 扫描探针 声学模块 　 　 可选配 可选配 各功能模块介绍摘要： 1．扫描隧道显微镜只能检测 导电样品，因其有样品的局限性，所以通常作为教学仪器。 2．原子力显微镜对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛。AFM基础模块包括接触模式和横 向模式；AFM专业模块包括轻巧和相移模式。 3．接触模式AFM适合检测表面强度较高、结构稳定的样品。 4．横向力模式AFM可以获得样品纳米尺度局限上探针的横向作用力分布图。 5．轻敲模式AFM适合检测粉体颗粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率比接 触模式较低。 6．相移模式AFM对不同组分材料的组分变化比较敏感。 7．磁力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 8．静电力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上静电场分布图。 9．样品定位辅助模块用于实现样品在毫米量级范围内以纳米精度搜寻定位。 10．纳米加工模块用于实现矢量刻蚀和图形刻蚀方法的纳米加工。 11．如需开发特殊功能SPM，需要购买SPM通用平台开放式开发系统。 配置/型号 ZL STM-II ZL AFM-I ZL AFM-II ZL AFM-III ZL 3000 主机 可扩展式电子学控制机箱 多模式扫描探针显微镜组合式探头 扫描隧道显微镜 原子力显微镜 接触/横向力 模式 原子力显微镜 轻敲/相移 模式 摩擦力显微镜 磁力/静电力显微镜 针尖粗调/自动趋近机构 扫描器(单一多量程自适应扫描器不更换技术) 针尖架 扫描隧道模式针尖架 原子力基础模式针尖架 原子力专业模式针尖架 磁力模式针尖架 静电力模式针尖架 组合式纳米级减振系统 1个 包含 包含 包含 包含 包含 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 1套 6&mu m 6&mu m 50&mu m 50&mu m 100&mu m 1个 2个 3个 5个 1个 　 　 　 1套 软件 系统 　 在线控制软件 1套 离线图像处理/分析软件 离线软件开发模板 摩擦力分析软件 　 　 　 　 网络实验室远程控制软件 　 　 　 培训课件/实验教材/科普教材/说明书光盘 　 附件 标准样品 1套 样品载片 5片 5片 10片 10片 15片 STM探针 Pt-Ir 20 20cm 　 20cm AFM接触/横向力/摩擦力模式探针（进口） 　 10枚 AFM轻敲/相移模式探针（进口） 　 　 　 10枚 MFM磁力探针（进口） 　 　 　 　 5枚 EFM导电探针（进口） 5枚 专用工具（镊子、针尖剪刀、玻璃皿 等） 1套 样品 定位 模块 高分辨CCD光学显微系统 可选配 高精度电控样品移动平台 　 　 纳米加工模块 SPM通用平台开放式开发系统

p style="text-indent: 2em text-align: justify "走进山东师范大学化学化工与材料科学学院实验室，在激光显微镜下，“荧光探针”使细胞呈现出色彩斑斓的效果，形态各异的图案仿佛将人带入鲜花与极光交融的海洋。然而，你能想象这不起眼的“荧光探针”通过成像监测，便能实现尽早地发现和预防重大疾病吗？/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "山东师范大学化学化工与材料科学学院唐波、董育斌、李平、王鹏、李娜等领衔的科研团队，经过近二十年的刻苦攻关，有效地解决了细胞成像这一难题，极大地推动了该领域的国际研究步伐，他们完成的“细胞稳态调控活性分子的荧光成像研究”项目于近日获得2018年度国家自然科学二等奖，成为首个以第一完成单位获得国家自然科学奖的山东省省属高校。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "早在2000年前后，当时国内的生命科学和光学成像等研究领域刚刚兴起，团队领头人唐波教授便敏锐地意识到分析化学和生命科学的紧密结合，必将推动一个新型交叉研究领域的兴起。从此，一个以化学、生物学、医学等多学科为支撑，以揭示重大疾病的发现和治疗为使命的团队应运而生。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "2013年初，以山东师范大学为项目牵头单位、唐波为首席科学家的国家重大科学研究计划（973）项目“重大疾病相关的若干重要难检活性小分子细胞内纳米传感研究”正式启动。“一定要把目光瞄准国际科研领域的最前沿，只有站位高、视野宽、反应快，才能把握住科研领域的时代脉搏，产出高质量的研究成果。”唐波不仅自己以此为标杆，还将这一理念植入了全体科研团队的“基因”之中。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "自然科学奖评审的核心指标就是原创性，而这正是“细胞稳态调控活性分子的荧光成像研究”项目的“撒手锏”。该项目在国际上率先构建成多种新型发光材料，解决了材料量子产率低与波长不可调的关键问题，为研制具有高灵敏度与光谱空间可分辨探针的筛选、设计、构建奠定了重要的理论基础。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“在原有的检测方法中，荧光信号灵敏度差、转换效率较低，会直接影响成像质量，从而会导致医生对病人的病情错判。我们的成果创新性地运用特异性识别活性分子的机理与能量转移、电子转移等光信号转换机制，成功实现了对糖蛋白、葡萄糖、microRNA等活性分子的高选择性识别，检测速度和准确性都得到了极大提高。”长江学者董育斌教授说。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“在疾病发生之前，我们可以通过细胞内特定指标的变化来作出预警，从而尽早地预防和治疗。而这种指标变化，需要找到特殊的化合物即‘探针’，注入活体细胞后，用高能荧光显微镜来检测‘探针’光学信号的改变来确定。”为团队作出重要贡献的徐克花教授介绍说，他们的工作就是寻找化合物、研发新材料“探针”，实现高准确度和超高灵敏检测的突破。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“这与现阶段医学临床上采用的肿瘤检测方式不同。传统的血液检测，可能因样本离开人体而导致准确性下降，假阳性比例很高，比如前列腺癌的假阳性比例最高达60%。而使用CT检查，当发现病灶时，病情一般已进入中晚期。”青年长江学者李娜教授说，“因此，使用荧光成像方法，通过新材料‘探针’在活细胞里面检测活性物质，且是在体外保真环境进行，无创伤，无伤害。”/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "目前，团队师生所在的化学学科近十年来稳居ESI全球前1%，团队成员均有稳定的国家级课题作为依托，堪称精兵强将。“我们研究团队，不仅有化学专家，还引进了生物、医学、物理等方面的人才。大家学术背景非常多元，团队在开拓新的研究领域和方向时也非常方便。”泰山学者青年专家高雯说。/p

在过去10年里，北京离子探针中心的两台高分辨二次离子探针质谱仪(SHRIMP Ⅱ和SHRIMP Ⅱe-MC)或许是全球最忙及成绩最好的科学仪器。在12月18日该中心十周岁庆祝会上，中心主任刘敦一教授表示，以这两台仪器为核心的大型科学仪器共享平台，极大推动了我国地球科学的发展。　　过去10年，SHRIMP仪器处于样品分析的机时平均为266.8昼夜/年，开放机时平均为76%。自2007年起，单台SHRIMP仪器的科研论文产出量已连续位居世界同类仪器的第一位。　　高效源于中心建立的SHRIMP远程共享控制系统。该网络不仅实现了国内科研人员可实时观测样品图像、在线获取实验数据等应用，还使跨国远程共享科学仪器进入常态，开创了通过远程共享系统共享国外SHRIMP仪器的功能。　　“十一五”以来，该中心又联合国内外22家高校及科研院所，在SHRIMP远程共享平台的基础上，整合了一批微束类分析仪器，构建起网络虚拟实验室，为进一步建立以远程操作为主要手段的大型仪器虚拟中心奠定基础。　　刘敦一透露，该中心将继续发展以SHRIMP为代表的大型科学仪器远程共享网络，尽快在西班牙和巴西建立服务器系统，在美国华盛顿大学(圣路易斯)建立远程工作站。该中心还将积极投入大型科学仪器自主研发工作，逐步建立起一个具有优秀技术专家和研发设施的科学仪器自主创新基地。　　据了解，SHRIMP Ⅱ在锆石微区年龄测定上具有无可替代的优势，引领锆石年代学进入微区、原位分析的新时代。2001年，我国引进第一台该机器，北京离子探针中心也于当年成立。该中心今年被科技部和财政部认定为首批国家级科技基础条件平台。

我国引进的第一台NanoSIMS 50L型纳米离子探针验收会于近日在中国科学院地质于地球物理研究所召开。中国科学院地质于地球物理研究所副所长吴福元研究员为组长的专家组认真听取了法国CAMECA公司纳米离子探针设计师、Franç ois Hillion博士所作的验收报告。专家组对仪器的验收指标有关问题进行了提问，一致认为该仪器的技术参数不仅全部达到合同要求，大部分还优于合同要求的验收指标。纳米离子探针　　纳米离子探针具有极高的空间分辨率(Cs+源束斑小于 50nm，O-源束斑小于200nm)，与我所已有的CAMECA ims 1280高精度离子探针互补，构成国际上非常先进的的离子探针分析平台。新引进的NanoSIMS 50L型纳米离子探针配置了7个信号检测器(每个配置法拉第杯和电子倍增器)，可以同时测量7个同位素(或元素)，分析精度好于千分之一。该仪器可以分析除稀有气体以外，元素周期表中从H至U的全部同位素(元素)，并能获取同位素分布的高分辨图像。纳米离子探针的引进，为我国比较行星学、地球科学、材料科学、以及生命科学等领域提供了新的大型实验分析平台。

p style="text-align: justify "　　近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员韩克利、朴海龙与深圳晶泰科技有限公司(XtalPi)的科研团队合作，发现谷胱甘肽转移酶(GST)荧光探针分子的整体识别性能受控于传统意义上的识别基团，且与荧光团的缺电子性相关。/pp style="text-align: justify "　　GST是一种重要的II期解毒酶，通过催化谷胱甘肽(GSH)亲核进攻并加合到目标物的亲电中心，增加其亲水性以便于运输和排出细胞外，从而达到解毒目的。相比于正常组织和细胞，GST在多种癌症中的过表达，成为重要的多药抗性癌症标记物。近红外荧光探针具有高穿透性、低背景荧光、便于活体成像等优点，因而更具实用价值 然而，文献中对检测GST的该类探针鲜有报道。/pp style="text-align: justify "　　研究人员在前期工作(Research，2020)的基础上，以保持系列识别基团不变为前提，通过引入带正电荷的近红外菁类荧光团HCy以替换先前的双光子荧光团NI，发现HCy系列探针均比相应的NI系列探针具有更强的非酶促和酶促反应性。从实验和理论计算两个层面，对该研究及相关文献中的反应动力学结果进行分析推理论证，研究人员发现，上述现象源于荧光团更强的缺电子性而非亲水性，由此导致HCy系列探针中兼具高灵敏度和低背景反应噪音的实用探针为识别基团亲电性更弱的HCy2(对位取代基为三氟甲基)和HCy9(对位为氢原子)，这与对位取代基为氰基的NI3形成对比，打破已有研究中科研人员对氰基的固有依赖。在该现象的“信号放大”效应下，识别基团之间反应性差异导致的其对不同亚型同工酶的选择性区别得以显现，该结论得到分子对接模拟结果的印证。研究人员进一步通过细胞、组织及模式小鼠活体成像的结果，验证HCy2和HCy9检测GST的实用性。此外，尽管学界普遍认为不易通过光致电子转移(PET)调控近红外探针的荧光传感，该研究通过超快光谱和量化计算，证明HCy系列探针的传感机理的确是PET，且识别基团的亲电性也会影响荧光传感效率。该研究为荧光探针的整体设计观提供启示和借鉴。/pp style="text-align: justify "　　相关研究成果发表在《化学科学》(Chemical Science)上，研究工作得到国家自然科学基金和国家重点研发计划等的资助。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 368px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/2d332ee2-7b8b-43b3-8023-34bf05daf078.jpg" title="1000.jpg" alt="1000.jpg" width="600" height="368" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "strong图.荧光团缺电子性在近红外荧光探针识别机制中的作用/strong/ppbr//ppbr//p

历经近10个月的审核，矽电半导体设备（深圳）股份有限公司（下称“矽电股份”）终于即将在4月13日迎来创业板上市委的关键裁决。作为半导体设备供应商，矽电股份聚焦应用于半导体制造晶圆检测环节的探针测试技术。此番IPO，矽电股份拟发行不超过0.10亿股、募集5.56亿元，投向“探针台研发及产业基地建设”、“分选机技术研发”，“营销服务网络升级建设”以及补充流动资金。矽电股份的报告期业绩一直处于高增长态势——2020年至2022年，营业收入分别为1.88亿元、3.99亿元4.42亿元，同期归母净利润分别为0.34亿元、0.97亿元和1.16亿元。这离不开第一大客户三安光电（600703.SH）的“支持”。三安光电对矽电股份的采购额自2020年的0.57亿元一跃提升至2022年的2.29亿元，期间增长了301.75%，占比更是从30.33%提升至51.85%。三安光电董事长林志强也正是在2020年入股矽电股份，并以2.40%的持股比例成为其第13大股东。若二者合作出现变化，矽电股份的业绩能否维系或是重要的待估风险。在上市前夕，矽电股份此番还吸引了明星资本的突击加盟，华为旗下的深圳哈勃科技投资合伙企业（有限合伙）于矽电股份申报IPO 6个月前的2021年12月，从矽电股份实控人何沁修等人手中以0.80亿元价格受让了4%的股权，按照这一价格估算，华为入股时矽电股份的市值约为20亿元。技术“代差”之争矽电股份应用于晶圆检测环节的探针测试技术，一直是衡量芯片性能与缺陷的关键。据SEMI和CSA Research数据统计，截至2019年底，矽电股份在境内探针设备市场中的份额已达13%，位列中国大陆设备厂商第一名，同期占全球市场份额为3%，位列第五名。矽电股份的核心产品“探针台”按照检测对象可分为晶圆、晶粒两大类。晶圆探针台主要是对未切割晶圆上的器件进行故障检测，尺寸涵盖4英寸至12英寸，2022年创收1.13亿元，贡献了近四分之一的收入。虽然矽电股份是首家实现12英寸晶圆探针台量产的境内企业，不过该环节的收入在2022年占比仍不足2成。值得一提的是，目前A股市场尚无主营业务为检测探针台的企业，矽电股份一旦上市成功则有望成为“半导体探针台第一股。”不过深交所仍要求矽电股份说明核心技术的壁垒及相对优势。“请说明发行人核心技术技术壁垒的具体体现，结合同行业现有技术水平、衡量核心技术先进性的关键指标等，进一步分析核心技术先进性的具体表征及与境内外同行业竞争对手相比的优劣势。”深交所指出。从境外厂商的数据来看，矽电股份与全球龙头东京电子、东京精密等企业确实存在一定的差距，例如定位精度上目前东京电子可达到±0.8um，而矽电股份只有±1.3um。“因为探针台的作用就是对要检测的晶圆进行定位，让晶圆上的器件等可以和探针接触并进行逐个测试，所以精度越高就越不容易出错。如果探针这个环节没有排除出来故障的话，下一个环节成本更高。”北京一位半导体行业人士指出。矽电股份也承认其与国际大厂之间存在较大的差距。“目前，日本厂商探针台综合定位精度已达到±0.80 um水平，占据了12英寸晶圆探针台市场的主要份额。发行人在综合定位精度和12英寸高端市场份额与日本厂商存在一定差距。”矽电股份表示。但矽电股份认为和境内厂商相比，其技术仍处于领先水平。矽电股份将中电科四十五所和长川科技（300604.SZ）披露为境内竞争对手，并指出这两家公司的综合定位精度分别仅为±5um和±1.5um，自身技术相比之下仍具有领先优势。“基于发行人持续的研发投入及形成的核心技术成果，发行人在综合定位精度、机台自动化水平及多种半导体器件适配方面已领先于中国台湾和中国大陆其他厂商。”矽电股份表示。但矽电股份的这番陈述或许并不是目前半导体探针环节的全部事实。信风（ID:TradeWind01）注意到，国内厂商已在半导体探针台领域逐渐发力。早在2020年，中科院长春光机所旗下长春光华微电子设备工程中心有限公司就推出国内首台商用12英寸全自动晶圆探针台；2022年11月，深圳市森美协尔科技有限公司（下称“森美协尔”）推出了可兼容处理12英寸与8英寸标准的全自动晶圆探针台（下称“A12”）。接近森美协尔的相关人士向信风（ID:TradeWind01）确认，A12的定位精度已达到±1um的水平。若这一数据属实，则意味着该数据不仅高于矽电股份，也在接近国际龙头的技术水平。而矽电股份对于境内竞争对手的披露是否完整，或许有待其做出更多解释。大客户助力下暴增矽电股份的报告期业绩可谓“突飞猛进”。2021年，矽电股份的营业收入和归母净利润分别为3.99亿元、0.97亿元，同比增长了112.29%、189.11%。“主要系因下游行业景气度提升、客户资本性支出上升以及公司市场开拓情况良好所致。”矽电股份表示。更为关键的助力或指向了作为矽电股份前五大客户之一的三安光电。三安光电2019年对矽电股份的采购额还只有0.07亿元，但次年却突然提高了采购额——2020年至2022年，三安光电向矽电股份采购晶粒探针台的金额分别为0.57亿元、1亿元和2.29亿元。这意味着，报告期内矽电股份超5成的晶粒探针台主要销往了三安光电，后者成为了主要的收入来源。矽电股份解释称，晶粒探针台主要的应用场景是检测LED芯片，而该市场主要被三安光电所占据。据CSA Research、LEDinside等机构的数据显示，2020年、2021年三安光电在行业总产能中的比例分别为28.29%、31.68%。事实上，二者在2020年达成合作关系还有一个更重要的转折。正是在这一年，三安光电的董事长林志强成为了矽电股份的股东。2020年9月，林志强以0.28亿元认购了矽电股份的股份。截至申报前，其以2.40%的持股比例位居第12大股东，较华为入股时矽电股份20亿元的估值，林志强所持股份市值已增长了74.37%。入股后的当年12月，矽电股份对三安光电实现0.57亿元的销售收入，占当年对后者的销售额比例达到99.69%。对于入股前后猛增的订单金额，矽电股份并不愿意承认这其中可能存在的“股权换订单”交易。“林志强基于对发行人及其所处行业的看好入股发行人，入股后发行人与三安光电的交易规模快速增长是相关客户对发行人设备认可及其自身需求增长的反映。”矽电股份指出，“林志强入股发行人不存在用订单换取股权的情形。”相似情形还发生在另一大客户兆驰股份（002429.SZ）身上。2020年9月，兆驰股份前实控人顾伟之女顾乡参股矽电股份，截至申报前，其持股比例为1.74%，位居第15大股东之列。入股当年，兆驰股份就一跃成为矽电股份第二大客户，贡献了0.27亿元的收入，占比为14.23%；2022年，兆驰股份带给矽电股份0.37亿元的收入。若扣除三安光电、兆驰股份所贡献的收入，矽电股份2020年至2022年的收入分别为1.04亿元、2.97亿元和1.76亿元。以此测算，矽电股份这一期间的营业收入复合增长率仅为30.09%，较未扣除前的复合增长率低了23.23个百分点。身患“大客户依赖症”的矽电股份是否有望顺利过会，其又该如何解释这其中所存在的业绩可持续性问题似乎有待上市委的裁决。

详细信息 8寸探针台（SEU-ZB-220931）采购公告 江苏省-南京市 状态：公告 更新时间： 2023-02-14 招标文件: 附件1 附件 × 扫码打开掌上仪信通App 查看联系方式 基本信息 关键内容：探针台 开标时间：2023-03-07 00:00 预算金额：116.00万元 采购单位：东南大学 采购联系人：点击查看 采购联系方式：点击查看 招标代理机构：江苏省华采招标有限公司 代理联系人：点击查看 代理联系方式：点击查看 详细信息 8寸探针台（SEU-ZB-220931）采购公告 江苏省-南京市 状态：公告 更新时间： 2023-02-14 招标文件: 附件1 附件

吉林检验检疫局建立的金标法检测单核细胞增生性李斯特氏菌技术作为当今检测病原体和诊断疾病方面最为敏感的免疫学技术之一，不仅操作简便、快速、特异，更为重要的是适用于广大基层食品监管部门的现场检测和诊断，这些特点都是其他免疫学方法所无法比拟的。　　该技术不仅具有巨大的发展潜力，而且还具有广阔的市场和应用前景，如可适用于医疗卫生行业，出入境食品口岸抽查和鉴定、流通领域卫生监督和工商行政部门和质监部门的食品企业监管等，甚至可以走进餐馆、家庭进行简易的食品自控和检测等。　　由吉林出入境检验检疫局承担的国家质检总局科研课题《应用化学发光探针及免疫金标法检测食品中多种致病菌的研究》在2011年获得了国家质检总局“科技兴检”三等奖。该课题建立的化学发光探针检测技术能够快速检测食品中常见的四种病原菌：空肠弯曲菌、单核细胞增生性李斯特氏菌、大肠杆菌O157和金黄色葡萄球菌。其中对单核细胞增生性李斯特氏菌还建立了应用免疫胶体金试纸条的快速检测方法。　　急需速测技术　　我国的食品生产加工企业数量多，规模小，较分散，而且为数较多企业过分追求利润法律意识淡薄，社会责任心不强导致其产品质量良莠不齐。　　据报道，我国45万个食品生产企业中，员工人数10人以下的食品生产加工小作坊就有35万家，约占80%，因而导致食品安全事故时有发生，给社会和消费者的健康造成了巨大危害。　　而目前的食品卫生监管的检测手段主要依据国家标准或行业标准规定方法进行，虽然这些方法准确可靠，但这些方法一般都需要建设专门的微生物检测实验室，配备专业的检测技术人员，需要较长的检测周期，由此造成的检测成本过高，缺乏时效性等问题，使一些突发的食品安全事件不能迅速得以解决。因此发展和建立一种快速、简便、灵敏准确的检测技术，作为标准检测方法的初筛技术，是解决上述问题的有效手段之一。　　食品检验新兵　　化学发光探针技术的原理是互补的核酸单链会特异性识别并结合成稳定的双链复合物。这一检测系统利用一个标记有化学发光物的单链DNA探针，可以特异性的识别和结合目标微生物的核糖体RNA。微生物中的核糖体RNA释放出来后，化学发光标记的DNA探针就与之结合形成稳定的DNA-RNA杂合体。标记的DNA-RNA杂合体会与非杂交探针分离，并在化学发光检测仪中进行测量。样本的检测结果通过计算与阴性对照进行比较得出结果。利用化学发光剂标记和检测核酸使得许多非放射性标记检测的灵敏度达到甚至超过了同位素标记测定。　　在众多的化学发光体系中，应用最多的化学发光体主要有三类：增强鲁米诺发光体系、吖啶类化合物发光体系和碱性磷酸酶催化的1，2-二氧环己烷发光体系。吉林检验检疫局建立的化学发光技术使用吖啶酯标记核酸探针。　　利用化学发光杂交保护分析的原理检测空肠弯曲菌、单核细胞增生性李斯特氏菌、大肠杆菌O157和金黄色葡萄球菌4种致病菌特异性RNA序列，这种方法无需物理分离，利用吖啶酯标记DNA探针，通过核酸杂交保护分析法，即应用人工合成的靶DNA保守区的寡核苷酸，在合成时引入一个烷氨基的手臂，经活化后接上吖啶酯，制成化学发光探针。　　杂交后无需分离步骤，而是利用差分水解来鉴别，即加入碱性溶液，游离的发光探针遇碱水解失去发光特性，而与特异性目的片段结合的探针形成DNA-RNA杂交体，由于吖啶酯是平面结构很容易进入双螺旋的内部而获得杂交保护，水解速度缓慢(半衰期达10分钟以上)，仍有发光性能，可以在发光仪上显示化学发光信号，从而实现对病原菌的检测。　　应用前景广阔　　该项目利用胶体金技术研制了胶体金检测试纸条，用于单核细胞增生性李斯特氏菌的快速检测，该检测试纸条的灵敏度高，具有很强的特异性，不同批次生产的免疫胶体金具有良好的检测重现性，稳定性好，操作简单，检测时间只需10至20min即可报告结果，胶体金法无污染，不会危害操作者以及环境。胶体金抗体复合物在冻干状态下室温储存相当稳定，有效期长 此外胶体金技术还具有检测迅速、灵敏、不需要复杂仪器设备、产品永不褪色等优点，适合于食品中单核细胞增生性李斯特氏菌的初筛检验。　　吉林检验检疫局建立的基因探针化学发光检测方法可在30分钟内快速确定病原体，并可直接于固体或液体培养基上鉴定目标微生物。该方法可直接应用于国外生产的LEADER 50i检测仪上，仪器自动注入检测试剂，立刻测量标记物所产生化学反应的化学发光强度，并自动计算结果及打印报告，该检测方法敏感性高，特异性强，检测成本低，操作简便、快速，对我国食品安全快速检测和监控工作具有重要意义，具有广泛的推广前景。胶体金快速检测试纸

2010年1月16-17日，由北京离子探针中心主办的“2009北京SHRIMP成果报告会”在京隆重举行。中国科学院多位院士、政府相关部门负责人以及来自全国各地的地学界同仁等约100人出席了开幕式。自2002年起，一年一度的“北京SHRIMP成果交流会”已经成为中国地学界同仁们进行学术交流、展示成果的一个重要平台，其在学界的地位得到了业内人士越来越高的重视。　　2010年1月16-17日的“2009北京SHRIMP成果报告会”开幕式上，“中心”主任刘敦一研究员向与会领导及来宾总结汇报了“中心”2009年度的主要工作进展 ，其中他也谈到了北京离子探针中心自主研发离子探针质谱类大型科学仪器的相关情况：　　目前，在科技部和财政部的支持下，该项建议已在“十一五”国家科技支撑计划重大项目《科学仪器设备研制与开发》中立项，其中《二次离子质谱仪器核心技术及关键部件的研究与开发》子项目由北京离子探针中心牵头负责并开始实施。在各协作单位的共同努力下，课题的各项研究工作进展顺利，对主要关键技术的攻关有了突破进展；完成了TOF-SIMS和Trap-TOF的整机设计、气体离子源的整体设计，加工了部分关键部件；液体金属源创新研究顺利进行，样品台三维微聚焦系统完成了方案设计及关键部件选型；离子光学系统、二次离子源及质谱接口完成了理论模拟、方案设计及优化；TOF专用高速数字转换器(ADC)已完成方案设计，实现了部分电路子系统；实现了飞行时间质谱模块和模拟电路系统模块、数字测控模块及软件系统模块；搭建了离子阱离子反应器实验装置，完成了角反射式TOF系统的设计及关键器件的研制。　　而据“中心”近期透露，仪器研发项目的最新进展是：已经进入攻坚阶段，并已显示出中心在技术创新方面具有雄厚的基础和发展前景。

详细信息 8寸探针台(第三次)（SEU-ZB-220931(第三次)）采购公告 全国 状态：公告 更新时间： 2023-04-19 招标文件: 附件1 附件 × 扫码打开掌上仪信通App 查看联系方式 基本信息 关键内容：探针台 开标时间：2023-05-12 00:00 预算金额：116.00万元 采购单位：东南大学 采购联系人：点击查看 采购联系方式：点击查看 招标代理机构：江苏省华采招标有限公司 代理联系人：点击查看 代理联系方式：点击查看 详细信息 8寸探针台(第三次)（SEU-ZB-220931(第三次)）采购公告 全国 状态：公告 更新时间： 2023-04-19 招标文件: 附件1 附件

论文截图9月12日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所生物医学光学与分子影像研究中心储军课题组的最新成果发表于《自然—通讯》。研究人员研发了在活细胞内具有12倍荧光变化的高性能基因编码的cAMP绿色荧光探针(命名为G-Flamp1)。该研究结合显微成像和光纤记录等技术，实时高灵敏监测了果蝇和小鼠等模式生物在特定行为过程中特定神经元的cAMP信号时空动力学变化，探索了cAMP动力学与动物行为之间的内在关联。Nature Methods的审稿人在审稿过程中对该成果给予了高度评价，认为G-Flamp1探针具有非常棒的性质，在荧光探针的性能上具有很大的提升，该探针打开了很多有趣的cAMP信号研究的大门，是非常及时和高质量的研究成果。深圳先进院储军研究员为该论文的通讯作者，深圳先进院助理研究员王亮博士及北京大学邬春灵博士为该论文的共同第一作者。细胞是包括人类在内的绝大部分生命体结构和功能的基本单位。细胞不断地接受周围环境的信号，并将其转变为细胞内相应分子（如蛋白质、有机小分子、离子、DNA和RNA等）的数量、分布和活性状态的变化，从而改变细胞的形态和生物学功能等。该过程的异常则与疾病的发生发展相关。因此，科学家们往往通过检测上述关键分子的时空变化来理解细胞的功能，并阐明相关疾病的发生机制。在该研究中，研究人员选取细胞内重要的第二信使分子环磷酸腺苷(cAMP)作为研究目标。cAMP可传递细胞表面多种G蛋白偶联受体（GPCR）的信息，在学习与记忆、药物成瘾、运动控制、免疫、肿瘤、代谢等过程中发挥重要作用。“活细胞和活体水平的cAMP分子浓度变化的高时空分辨率荧光成像是解析cAMP信号通路及其生物学功能的重要基础。因此，开发高灵敏的cAMP荧光探针成为研究复杂生物过程的关键。”论文通讯作者储军研究员表示。与非基因编码探针（染料和材料类）相比，基因编码探针像正常蛋白质一样，可以定位到生物体特定细胞或特定细胞亚结构，具有低毒性、低背景、可遗传等优点，在生命科学基础研究中具有无可比拟的优势。然而，现有的50多个基因编码的cAMP荧光探针要么灵敏度低（荧光变化最大只有1.5倍），要么荧光亮度较暗，很难监测活体中微弱的内源性cAMP变化，极大地限制了生理和病理状态下cAMP分子调控机理和功能的研究。为了开发适用于活体检测的高灵敏度探针，研究人员将环化重排绿色荧光蛋白(cpGFP)插入细菌MlotiK1通道蛋白的cAMP结合结构域(mlCNBD)中。经过插入位点筛选、连接肽优化、荧光蛋白及感应模块优化，得到了具有高亮度、高灵敏度、合适亲和力和快响应速度等特征的高性能基因编码cAMP绿色荧光探针G-Flamp1。特别的，该探针在活细胞中的荧光变化可达12倍，是目前少数几个在10倍以上的荧光探针之一。随后，研究人员将G-Flamp1探针应用在果蝇这一模式生物中。果蝇脑部蘑菇体(mushroom body)的Kenyon细胞中cAMP信号通路在气味相关的记忆中发挥关键作用。研究人员首先获取了Kenyon细胞中表达G-Flamp1探针的转基因果蝇，然后利用双光子成像发现，果蝇受到气味或电击刺激时，蘑菇体不同子区域呈现不一样的cAMP信号时空变化，暗示不同子区域可能在联想性学习中起着相对独立的作用。为验证G-Flamp1探针在活体动物中检测cAMP 动态变化的实用性，研究人员利用腺相关病毒在小鼠运动皮层中共表达绿色G-Flamp1探针和红色jRGECO1a钙探针。活体双光子成像揭示了跑步运动中细胞特异性的cAMP信号，并与钙信号无明显相关性。这反映了小鼠运动时大脑皮层M1神经元反应的异质性。最后，研究人员在小鼠大脑深部的伏隔核（NAc）脑区中表达G-Flamp1探针，并利用光纤记录听觉巴甫洛夫条件反射任务中该脑区cAMP信号的变化。结果表明，随着训练的熟练，小鼠得到奖赏时cAMP信号幅度在降低，而听到相应声频信号时cAMP信号幅度在升高；该特性与多巴胺信号类似，暗示多巴胺释放引起了cAMP信号。因此，G-Flamp1探针的高信噪比和高时间分辨率能够高灵敏检测到活体小鼠中内源性cAMP信号的动态变化。综上所述，该研究开发了一种适用于活体检测的cAMP荧光探针，并初步揭示了果蝇和小鼠等模式生物在特定行为过程中特定神经元的cAMP信号变化的规律，为进一步理解cAMP信号的调控和功能奠定了基础。“与广泛使用的钙离子探针GCaMP相比，G-Flamp1才仅仅只是开始，目前已有几十家国内外实验室在使用G-Flamp1，未来将会有更多实验室利用G-Flamp1来研究复杂的生物学问题。”论文通讯作者储军研究员表示。在未来研究中，研究团队将进一步提高探针性能，开发适用于不同应用场景的下一代高灵敏cAMP探针，并利用其揭示活细胞和活体中cAMP信号的规律、调控机制及生物学功能。与此同时，结合高内涵药物筛选平台，研究团队开发的新型探针也将尝试应用于针对GPCR受体的药物筛选，以期发现更多的具有临床价值的GPCR药物。

镧系发光纳米温度探针及光学测温技术胡倩1 朱幸俊11上海科技大学物质科学与技术学院生物体温度监测在医学诊断和治疗方面有着重要意义。传统的生物体测温方式依赖于侵入式探头或者局限于体表检测的热成像设备。对于体内深层组织的无损温度探测仍然是一项挑战。光学测温技术基于温度敏感的发光材料和器件，以光信号作为输出实现温度检测。在发光材料中，镧系发光纳米材料（LLNs）具有光稳定性好、发射谱带丰富、低自发荧光干扰等独特优点，在体内成像检测和疾病诊断方面具有广泛应用。目前已报道了一系列LLNs的发光信号的强度、寿命等光学性质与温度相关，因此可以作为温度检测探针。与此同时，LLNs本身的纳米级尺寸有别于传统温度检测的宏观设备，因此可以胜任亚细胞级别的微观热效应检测以及热传递过程研究，提升测温的空间精度，借助LLNs的近红外发光，能进一步提高光信号在组织中穿透深度，更好的实现深组织、非侵入性温度检测。（一）LLNs温度探针的测温策略温度可以改变LLNs的发光强度比、带宽、光谱偏移、寿命等方式影响LLNs的发光特性[1]-[3]。其中，发光强度比和发光寿命这两种策略受生理环境的干扰更小，从而具有更高的测温准确性[4]-[5]。基于发光强度比率构建温度探针电子在两个相邻激发能级（能级差一般小于1000 cm-1）中的分布与温度有关，满足Boltzmann分布，因此具有热依赖性的两个能级发光强度比与温度之间的关系可描述为, [6]-[7]，其中I2/I1为两个能级的发射强度比；ΔE是两个能级能量差，C是由发光基质材料确定的常数,T为温度,kB为玻耳兹曼常数。因此，通过在不同温度下检测两条发射峰的比值，可得到温度以发射强度比值的关系，作为温度检测的校正曲线。基于发光寿命构建温度探针在LLNs体系中，温度敏感的能量转移也会导致激发态寿命的变化，从而可以测量在脉冲激发下特定能级跃迁的寿命与温度的依赖关系，通过发光衰减曲线推断温度信息[8]-[9]。（二）LLNs测温技术与设备基于发光强度比率的测温技术较为直观，相关设备的设置与光谱检测系统类似，主要特点是恒温控制系统的附加。其装置如图1所示，由半导体激光器、样品台、控温器、滤光片、光谱检测器和计算机组成，其中激光器、样品台、滤光片、光谱检测器用于发光材料的光信号激发与收集，控温器件用于样品的恒温与变温进而得到不同温度的光谱。类似的基于发光强度比率的成像检测设备的光谱检测器被替换为CCD相机，通过滤光片系统采集不同波段的发射带，通过光强度成像图的计算得到温度分布结果。光强比率测温技术的设备较为简单，但这项测温方法易受生物环境引起的光散射或吸收的干扰[4]，需在组织或模拟组织的假体中对温度曲线进行校正来减小误差[10]；基于发光比率的温度检测其优点是检测速度较快，对于快速变化的温度具有更好的实时跟踪能力。发光寿命作为荧光团固有特性，受环境干扰较小，因此可以提高测量准确性[11]-[12]，而且LLNs的发光寿命相对小分子荧光探针更长，对于基于成像的寿命检测系统的构建相对短寿命检测难度较低。具体的设备构建如图2所示，将常规的荧光成像代替为时间门控荧光成像系统，配合波形发生器、斩波器等，对相机的分辨率要求高，并且由于寿命衰减曲线的测试需要借助时间门控单元，对光信号进行多次采集，因此获取完整衰减曲线的图像时间较长，不利于检测快速变化的温度信号[8]。两种发光温度检测技术各有优势，目前研究工作中所报道的比率型温度检测技术较为成熟，寿命检测的测温技术仍然处于优化阶段，主要难点是长波长近红外发射的寿命检测技术尚不成熟。图1. 基于发光强度比率温度计的实验设备图2. 基于发光寿命温度计的实验设备[8]（三）LLNs温度探针的生物应用LLNs体内无创温度监测的特性促使了一些新兴的生物医学领域应用，尤其在疾病诊断和指导治疗方面[4],[13]-[16]。我们最近总结了基于镧系发光纳米复合材料的温度检测技术及其生物学应用的研究工作，并梳理了不同测温技术在生物应用上的特点（Chem. Eur. J., 2022, 28, e202104237），希望和大家一起探讨光学测温技术的应用空间以及相关设备的研制。基于LLNs的生物体温度检测，近年来我们开展了一系列的应用。例如我们曾经报道了一种以上转换发光材料为核心（NaLuF4:Yb,Er@NaLuF4)，以光热材料（碳）作为外壳的LLNs，其中上转换发光材料的Er3+发光中心特征的525与545 nm发射强度的比值与温度呈现相关性，因此可作为光学温度探针。通过检测光热过程中的微观温度变化，进一步发现光热效应下纳米颗粒的升温幅度和速率大于常规的外部加热方式。利用这一特性，可以实现温和宏观温度下的微观高温，进而在保证光热治疗剂标记的恶性细胞被有效杀伤的同时，减少不必要的热扩散而损伤病灶周边的正常组织，提升治疗的精度（如图3a）[17]。寿命检测技术上，复旦大学李富友课题组利用PAA-PEG包裹的NaNdF4:Yb@CaF2纳米颗粒，此种材料的Yb3+离子能够发射980 nm光信号，由于Nd3+与Yb3+在不同温度下的能量传递效率不同，Yb3+的980 nm发光寿命随着温度发生线性变化。在活体动物光学成像仪上进行了时间门控系统的附加，利用脉冲激光器对材料进行照射，然后采集材料的发光衰减，最终获得温度-寿命曲线，进一步在活体动物的血管部位进行光信号的采集，考察血管内血液温度与血流相关性，为心血管疾病的诊断和疗效评估提供了重要途径（如图3b）[8]。图3. (a)基于强度比率的Er3+掺杂上转换光热LLNs用于光热治疗过程微观温度监测[17]。(b) 基于寿命的Yb3+-Nd3+共掺杂的LLNs温度计用于心血管疾病[8]。（四）LLNs温度探针的展望合成可调控的LLNs温度探针的发展加速了其作为体内潜在温度传感工具的应用，但为了使其具有更准确的读数结果，还需进一步优化。其中，减少外部干扰和校准通过组织的发光衰减是亟待解决的重要问题。同时进一步探索波长更长的光谱区域，可实现更深层次的组织传感，促进LLNs在体内疾病诊断和治疗方面的生物应用。参考文献1. C. D. S. Brites, S. Balabhadra, L. D. Carlos, Adv. Opt. Mater., 2019, 7, 1801239. 2. A. Bednarkiewicz, J. Drabik, K. Trejgis, D. Jaque, E. Ximendes, L. Marciniak, Appl. Phys. Rev., 2021, 8, 011317.3. H. Suo, X. Zhao, Z. Zhang, Y. Wang, J. Sun, M. Jin, C. Guo, Laser Photon. Rev. 2021, 15, 2000319.4. N. Kong, Q. Hu, Y. Wu and X. Zhu, Chem. Eur. J., 2022, 28, e202104237.5. M. Jia, Z. Sun, M. Zhang, H. Xu, Z. Fu, Nanoscale., 2020, 12, 20776-20785.6. J. Zhou, B. Del Rosal, D. Jaque, S. Uchiyama, D. Jin, Nat. Methods., 2020, 17, 967-980.7. A. Bednarkiewicz, L. Marciniak, L. D. Carlos, D. Jaque, Nanoscale., 2020, 12, 14405-14421.8. M. Kong, Y. Gu, Y. Chai, J. Ke, Y. Liu, X. Xu, Z. Li, W. Feng, F. Li, Sci. China Chem. 2021, 64, 974-984.9. L. Marciniak, K. Trejgis, J. Mater. Chem. C., 2018, 6, 7092-7100. 10. L. Labrador-Páez, M. Pedroni, A. Speghini, J. Garcí a-Solé , P. Haro-Gonzá lez, D. Jaque, Nanoscale., 2018, 10, 22319-22328.11. M. Tan, F. Li, N. Cao, H. Li, X. Wang, C. Zhang, D. Jaque, G. Chen, Small., 2020, 16, 2004118. 12. K. Maciejewska, A. Bednarkiewicz, L. Marciniak, Nanoscale Adv., 2021, 3, 4918-4925.13. M. Quintanilla, M. Henriksen-Lacey, C. Renero-Lecuna and L. M. Liz-Marzán, Chem. Soc. Rev., 2022.14. Z. Yi, Z. Luo, X. Qin, Q. Chen, X. Liu, Acc. Chem. Res., 2020, 53, 2692-2704.15. B. del Rosal, E. Ximendes, U. Rocha, D. Jaque, Adv. Opt. Mater., 2017, 5, 1600508.16. M. Tan, F. Li, N. Cao, H. Li, X. Wang, C. Zhang, D. Jaque, G. Chen, Small., 2020, 16, 2004118.17. X. Zhu, W. Feng, J. Chang, Y. W. Tan, J. Li, M. Chen, Y. Sun, F. Li, Nat. Commun. 2016, 7, 10437.【作者简介】胡倩 博士研究生2020年毕业于湖南师范大学，获化学专业学士学位。目前是上海科技大学物质科学与技术学院博士研究生，师从朱幸俊教授，主要从事近红外发射镧系纳米复合材料的温度传感和生物成像应用的研究。朱幸俊 研究员上海科技大学物质科学与技术学院研究员、博士生导师。2017年博士毕业于复旦大学生物研究院（导师李富友教授），2017-2019年在美国斯坦福大学材料科学与工程系作为博士后学者从事生物医学成像以及神经调控材料与器件的研发工作。目前已在Nature Communications, Chemical Society Reviews, Nano Letters, ACS Nano, PNAS, Biomaterials等国际著名期刊上发表研究论文30余篇，他引3500余次（H因子26），并持有多项专利。多项研究成果入选科睿唯安ESI化学和材料领域前1%高被引论文(Highly Cited Paper)。研究项目获国家自然科学基金、上海市浦江人才计划资助。课题组致力于发展适用于生物医学的新型纳米材料和技术，通过构建纳米复合材料，利用其光、热、磁、声等性质，实现高选择性、低侵入性的生物成像、疾病治疗和生理功能调控。欢迎感兴趣的同学报考上海科技大学研究生，课题组长期招聘化学、材料学以及生物学相关专业博士后。具体可邮件沟通咨询，zhuxj1@shanghaitech.edu.cn（本文编辑：刘立东）专家约稿招募中若您有生命科学相关研究、技术、应用、经验等愿意以约稿形式共享，欢迎自荐或引荐投稿联系人：刘编辑邮箱：liuld@instrument.com.cn微信/电话：13683372576扫码关注【3i生仪社】，解锁生命科学行业资讯！

高锰酸钾(KMnO4)是制作简易爆炸装置常用的氧化剂原料之一，同时也被广泛用于医药消毒、水质净化、工业生产等领域，其过量摄入或排放会对人体及环境造成严重的危害。因此，实现对微量高锰酸钾的超灵敏、特异性、快速检测对维护公共安全和环境保护具有重要意义。近年来，激发态分子内质子转移(ESIPT)类分子因具有大的斯托克斯位移、强的光稳定性、高的量子产率和对周围介质的光敏感性等特点，被广泛用于反应型荧光探针的设计。ESIPT探针的发光性能可通过溶剂氢键作用、分子异构化、介质酸/碱度和化学修饰等来调节。目前，大多数化学修饰策略主要集中于研究分子性质和ESIPT变化过程，而关于分子对目标分析物传感性能影响的研究很少被应用于实际检测。因此，是否可以采用化学修饰策略来提高ESIPT探针的传感性能尚不清楚，而该方面的研究将对理性设计高效探针具有重要意义。基于此，中国科学院新疆理化技术研究所痕量化学物质感知团队提出了识别基团对位取代基吸电子强度精确调控提升ESIPT荧光探针反应活性及产物荧光稳定性的探针分子设计策略。基于KMnO4氧化不饱和烯烃的性质，以2-(2’-羟基苯基)苯并恶唑(HBO)为荧光团，采用缩合反应将识别位点丙烯酰基接枝于HBO的质子给体-OH上以抑制ESIPT过程的发生，在识别位点的对位引入不同吸电子强度的取代基团(-F、-CHO、-H、-CH3)，设计合成了四种ESIPT基荧光探针(BOPA-F, BOPA-CHO, BOPA-H, BOPA-CH3)。当检测KMnO4时，可以打断碳碳双键形成邻二羟基，随后酯键断裂释放质子给体，ESIPT过程被激发，进而实现对KMnO4的荧光点亮检测。进一步研究发现，取代基吸电子强度调控可显著地提升探针检测KMnO4时的荧光强度及荧光稳定性。理论计算结果表明，取代基的改变有效调节了探针对KMnO4的反应活性及产物的振子强度。以具有较强吸电子能力的-CHO作为取代基的探针BOPA-CHO对KMnO4具有最佳检测效果，检测限为0.96 nM，响应时间 3 s，对21种其它氧化剂及常见的阴/阳离子表现出优异的特异性，反应产物荧光稳定时间至少可达7天。此外，以聚氨酯海绵作为传感基底，构建了探针BOPA-CHO-海绵基测试笔，对KMnO4微粒的检测限可达11.62 ng，且对土壤中含量为1%的KMnO4微粒及手套表面63 ng/cm2的残留颗粒仍可观察到特征蓝色荧光，充分验证了探针BOPA-CHO在实际应用场景中的适用性。 　　该工作提出的吸电子强度精确调控提升ESIPT探针反应活性及产物荧光稳定性的探针分子设计策略，被证明是一种可用于在复杂场景下识别痕量KMnO4溶液、固体微粒和残留物的可靠、有效的方法。更重要的是，它将有助于促进化学科学、分子工程以及先进传感技术等领域的快速发展。 　　相关成果以“Precise Electron-Withdrawing Strength Modulation of ESIPT Probes for Ultrasensitive and Specific Fluorescence Sensing”为题发表于《分析化学》(Analytical Chemistry)期刊。论文第一作者为中北大学与中国科学院新疆理化技术研究所联合培养硕士研究生郭延文，通讯作者为中国科学院新疆理化技术研究所蔡珍珍副研究员、窦新存研究员和中北大学张树海教授。该工作得到了国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、中科院从0到1原始创新等项目的资金支持。吸电子强度调控ESIPT探针构筑策略、响应机制及海绵基测试笔实际场景检测示意图

高锰酸钾（KMnO4）广泛用于医药消毒、水质净化、工业生产等领域，但过量摄入或排放会对人体及环境造成危害。因此，实现对微量高锰酸钾的超灵敏、特异性、快速检测具有重要意义。近年来，激发态分子内质子转移（ESIPT）类分子因具有大的斯托克斯位移、强的光稳定性、高的量子产率以及对周围介质的光敏感性等特点，被用于反应型荧光探针的设计。ESIPT探针的发光性能可通过溶剂氢键作用、分子异构化、介质酸/碱度和化学修饰等来调节。目前，多数化学修饰策略集中于研究分子性质和ESIPT变化过程，而关于分子对目标分析物传感性能影响的研究较少被应用于实际检测。因此，是否可以采用化学修饰策略来提高ESIPT探针的传感性能尚不清楚，而该方面的研究将对理性设计高效探针具有重要意义。中国科学院新疆理化技术研究所痕量化学物质感知团队提出了识别基团对位取代基吸电子强度精确调控提升ESIPT荧光探针反应活性及产物荧光稳定性的探针分子设计策略。研究基于KMnO4氧化不饱和烯烃的性质，以2-(2’-羟基苯基）苯并恶唑（HBO）为荧光团，采用缩合反应将识别位点丙烯酰基接枝于HBO的质子给体-OH上以抑制ESIPT过程的发生，在识别位点的对位引入不同吸电子强度的取代基团（-F、-CHO、-H、-CH3），设计合成了四种ESIPT基荧光探针（BOPA-F、BOPA-CHO、BOPA-H、BOPA-CH3）。当检测KMnO4时，可以打断碳碳双键形成邻二羟基，随后酯键断裂释放质子给体，ESIPT过程被激发，进而实现对KMnO4的荧光点亮检测。进一步的研究发现，取代基吸电子强度调控可显著地提升探针检测KMnO4时的荧光强度及荧光稳定性。理论计算结果表明，取代基的改变有效调节了探针对KMnO4的反应活性及产物的振子强度。以具有较强吸电子能力的-CHO作为取代基的探针BOPA-CHO对KMnO4具有最佳检测效果，检测限为0.96 nM，响应时间＜3 s，对21种其他氧化剂及常见的阴/阳离子表现出优异的特异性，反应产物荧光稳定时间至少可达7天。此外，研究以聚氨酯海绵作为传感基底，构建了探针BOPA-CHO-海绵基测试笔，对KMnO4微粒的检测限可达11.62 ng，且对土壤中含量为1%的KMnO4微粒及手套表面63 ng/cm2的残留颗粒仍可观察到特征蓝色荧光，验证了探针BOPA-CHO在实际应用场景中的适用性。该工作提出的吸电子强度精确调控提升ESIPT探针反应活性及产物荧光稳定性的探针分子设计策略，被证明是可用于在复杂场景下识别痕量KMnO4溶液、固体微粒和残留物的可靠、有效的方法。同时，该策略将有助于促进化学科学、分子工程以及先进传感技术等领域的快速发展。相关研究成果以Precise Electron-Withdrawing Strength Modulation of ESIPT Probes for Ultrasensitive and Specific Fluorescence Sensing为题，发表在《分析化学》（Analytical Chemistry）上。研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、中国科学院基础前沿科学研究计划从0到1原始创新项目等的支持。该工作由新疆理化所和中北大学合作完成。吸电子强度调控ESIPT探针构筑策略、响应机制及海绵基测试笔实际场景检测示意图

近日，中国科学院上海药物研究所李佳团队联合华东理工大学贺晓鹏团队、英国巴斯大学Tony D. James团队，以及美国德克萨斯大学奥斯汀分校Jonathan L. Sessler团队，撰写“指南综述”（Tutorial Review）文章Small-molecule fluorescence-based probes for interrogating major organ diseases，分类总结了可用于探查主要器官疾病的小分子荧光探针。相关研究成果在线发表在Chemical Society Reviews上。　　人体是由多个器官系统构成的有机体，每个器官在体内发挥着特定作用，器官之间的协同工作维持着人体的正常运行。然而，异常的器官功能障碍会影响机体的健康，并导致灾难性的后果。组学等鉴定技术的发展，促使与器官功能障碍相关的生物标志物相继被发现。开发非侵入性的、可实时观察特定器官疾病生物标志物的方法，将提高对特定器官病理变化的研究能力，并利于疾病的早期诊断，进而为开发有效的治疗方法提供帮助。基于荧光生物成像的检测技术，具有灵敏度高、操作简单、检测下限低、响应速度快、时空分辨率优异及无损体内原位成像等特性，被用于疾病生物标志物的检测，为器官疾病的诊断提供了较为可靠的依据。　　在科研团队前期研究的基础上，研究人员分类总结了可用于探查主要器官疾病的小分子荧光探针。该论文阐述了用于主要器官疾病研究的小分子荧光探针的设计策略；剖析了生物标志物检测对于研究器官功能障碍和其他器官相关疾病的重要性；阐明了小分子荧光探针在体外、体内监测各种致病过程的用途；介绍了目前用于研究器官疾病的小分子荧光探针存在的局限，并提出了建议与展望。该研究为开发新的有效的荧光分子探针用于早期诊断和治疗不同器官疾病具有重要的借鉴意义。　　研究工作得到国家自然科学基金重大研究计划、上海市科技重大专项、上海市国际合作与交流项目及中国博士后科学基金面上资助等的支持。 综述中涉及的人体主要器官示意图（a）及用于探查器官相关疾病的小分子荧光探针的设计策略示意图（b）

更精准地实现人体器官和病灶部位无损害可视化，一直是人们追求的目标。　　5月10日，在复旦大学庆祝建校118周年系列学术报告中，复旦大学化学系教授、上海市生物医学检测试剂工程中心主任张凡以《透视人体健康的新技术——近红外光化学探针用于生物医学诊断》为题，分享了自己深耕多年的近红外荧光分子“探针”研究，结合近红外光学成像仪器，该技术可隔着皮肤和肌肉监测体内活动，有望为疾病诊断提供新路径。　　发光“探针”为手术精准导航　　人们很早就有“洞见”自己的需求，梦想能发明一种无创技术，实现对人体健康的可视化监控。　　1895年，德国物理学家伦琴发现X射线，开创医学影像技术的先河，目前我们常用的医学影像检查技术，如CT（电子计算机断层扫描）就与此有关。然而，如何实现无辐射、实时动态的活体成像技术一直存在巨大挑战。　　研究人员逐渐发现，活体荧光成像技术，相较于已有的CT、MRI（磁共振成像）、PET（正电子发射型计算机断层显像）等，具有无辐射、高时间和空间分辨率、高特异性等检测优势，能够为精准手术导航技术领域提供较好的应用前景。　　在对医学检测方法的优化探索中，张凡团队开发了一种新技术，就像打开一扇观察人体内部的窗口——只需静脉注射会发光的近红外荧光分子“探针”，即可自动定位到某个器官、肿瘤或是血管，再通过对人体没有伤害的光学成像仪器，就能隔着皮肤和肌肉组织直观清晰观察到肠道的蠕动、肿瘤的边缘、细胞的游走等　　“而且，我们看到的不是静态‘照片’，是动态的‘视频’。”张凡说。　　从自然中寻找答案　　“活体荧光成像技术也还有许多问题亟待解决。”张凡说，“荧光虽然没有辐射，可以很快实施动态监测，但是其组织穿透深度较浅一直以来都是限制其应用的关键科学问题。”　　此前，光学成像多使用可见光区（400纳米至700纳米）和近红外一区（700纳米至900 纳米）的荧光，但由于这一波段在生物组织中具有较高的吸收和散射，其在活体深组织检测中的应用大大受限。张凡团队专注于在近红外二区窗口（1000纳米至1700 纳米）内探索活体深组织成像窗口，并且根据获得的最优窗口开发对应的长波荧光探针和成像仪器。　　到目前为止，张凡团队累计开发了30余种系列近红外二区有机小分子探针，相关荧光成像设备和探针试剂已实现应用转化，在多家科研机构和医院用于基础研究和临床前研究。已经成功获取了生物体内部多个待测物的动态监测。　　随着研究进一步深入，研究人员发现，荧光成像往往是利用外部激发光源实时激发荧光探针来获取信号，这就不可避免地会产生生物组织背景荧光，从而影响成像的分辨率和信噪比。　　如何寻找优化之法？在张凡看来，最好的答案就在自然里。自然界能自主发光的生物很多，比如鱿鱼、水母、萤火虫等。　　“与其受背景荧光干扰，不如尝试将其本身的荧光运用起来。前面提到的‘探针’对人体来说都是‘外来的’，注射到体内后容易被代谢，而如果可以实现近红外生物发光成像就可以更好的实现无激发的高信噪比原位成像追踪。”张凡说。　　创新在学科交叉处　　思路的转变拓展了张凡的研究视野。他发现除生物医学，近红外荧光分子“探针”还能做很多事儿，比如监测微塑料污染。　　微塑料是指直径小于5微米的塑料。张凡认为，长期以来由于分析方法的限制，人类大大低估了微塑料暴露的影响，并且对于微塑料在人体内体液和组织的影响的研究仍然非常粗浅。事实上，直径小于2微米的小尺寸微塑料，就可以穿越细胞膜，并在脏器和脑部富集，极有可能引起氧化应激、炎症以及DNA损伤，是人类健康的严重威胁。　　人们认为微塑料的影响只是通过由海洋到人类的食物链传播，其实不然。根据最新研究成果，微塑料会随着大气远程传播，并在淡水环境及陆地上沉积，比如美国西部地区每年就会有120吨微塑料会由大气沉积到陆地。　　“微塑料比人们想象中更广泛地存在于生活中，甚至存在于婴儿的奶瓶里。”张凡希望，未来能运用好近红外荧光分子“探针”技术，对微塑料进行活体实时动态追踪，为保卫人类健康贡献更多力量。　　张凡一直鼓励学生勇于跨界、主动交叉、全面发展。经过多年积累，他带领的团队已成长为一个典型的学科交叉团队，一批批优秀学子毕业后继续从事相关科研工作。　　“创新的机会，就在学科交叉之处。”谈及科研的心得，张凡总结说。

将小分子、核酸、蛋白质和药物导入细胞是监测和了解细胞行为以及生物功能的重要途径。然而，质膜是阻止外源分子进入细胞的生物屏障。因此，如何在保持细胞活力的同时高效地将外源分子递送到细胞中是细胞生物学领域的一个重要课题。为了克服现有大规模细胞内递送方法的弱点，例如细胞活性和递送效率不一致，主要基于膜破坏介导机制的微技术已成为一种有前景的解决方案。利用化学质膜穿孔进行单细胞递送的尚未得到广泛研究。2024年4月26日，清华大学化学系林金明教授团队在《ACS Applied Materials & Interfaces》杂志在线发表了题为“Chemical Plasma Membrane Perforation Generated by a Microfluidic Probe for Single-Cell Intracellular Protein Delivery”的工作。该研究使用微流控探针将含有毛地黄皂苷和货物的溶液精确地作用到单细胞上。毛地黄皂苷与质膜中的胆固醇结合诱导质膜穿孔，货物通过孔进入细胞。碘化丙啶 (0.67 kDa) 和 FITC-葡聚糖 (10、40 和 150 kDa) 可以在3分钟内成功引入单细胞，同时保持细胞活力。两种蛋白质（细胞色素C和亲环素A）被递送进入细胞，并观察到它们在细胞中得生理功能。图1. 微流控探针诱导单细胞化学质膜穿孔首先，利用Comsol Multiphysics软件对微流控探针形成的微区域进行数值模拟。使用荧光素（扩散系数=500 μm2 /s）来指示溶质扩散。结果表明，注入的溶液可以被完全吸出，并且溶质被限制在液滴状微区域内而不会扩散。微区内溶质浓度分布均匀。计算了基质上的剪切应力，低剪切应力不会对细胞造成额外的机械损伤。实验在与模拟相同的条件下进行，使用荧光素显示微流控探针产生的微区域，与浓度分布模拟结果一致。溶液的连续流动使微区中毛地黄皂苷和货物的浓度几乎恒定，有利于维持递送过程的连续性和稳定性。图2. 流体的数值模拟通过微流控探针进行碘化丙啶（PI）的细胞内递送来验证该方法的可行性以及优化递送条件。尝试使用 20-100 μg/mL 毛地黄皂苷将 PI 递送至U87细胞。随着毛地黄皂苷浓度的增加，ts（PI开始进入时间）和tm（PI进入速度最大时间）逐渐减少，表明细胞穿孔加速。当毛地黄皂苷浓度为60 μg/mL时，ts约为20 s，1 min内即可观察到清晰的荧光。此外，还尝试了不同的PI浓度进行细胞内递送，较高的PI浓度也使得PI能够更快地进入细胞。还测试了流速对递送结果的影响。注入流量保持2 μL/min，抽出流量在6~14 μL/min之间调整。当抽吸流速大于8 μL/min时，进入细胞的PI量随着流速的增长而显着增加。图3. 毛地黄皂苷浓度、PI浓度和流速对细胞内递送的影响为了证明该方法的效率和通用性，使用该方法将PI递送至U87、HUVEC和A549细胞。当递送时间为20秒时，三种类型的细胞几乎不发出荧光。随着递送时间逐渐增加，细胞的相对荧光强度显着增加，递送处理50 s后观察到强烈的红色荧光。由于洋地黄皂苷的作用，质膜逐渐透化，PI通过质膜上形成的孔继续进入细胞。还检查了该方法递送大分子的能力，使用不同分子量（10、40和150 kDa）的 FITC-葡聚糖作为货物。FITC-葡聚糖可以在3min内进入细胞，并且FITC-葡聚糖进入的量随着递送时间的增加而增加。图4. PI和FITC-葡聚糖递送的结果在验证了这种方法用于单细胞胞内递送的可行性后，作者尝试了细胞内蛋白质递送。Cyt C ( Mw = 13 kDa) 是线粒体中的一种蛋白质，可将电子转移到呼吸链以维持ATP的产生。当cyt C释放到细胞质中时，它会引发细胞凋亡。由于外源cyt C在正常情况下不能进入细胞，利用微流控探针将cyt C递送至A549中作为抗肿瘤药物以诱导细胞凋亡。对照组和仅用毛地黄皂苷或cyt C处理的细胞之间未观察到caspase-3水平和Hoechst 33342染色结果的显着差异。毛地黄皂苷诱导的质膜穿孔不会引起细胞凋亡。仅用cyt C处理的细胞中caspase-3的水平也没有增加，表明正常情况下cyt C不能穿过质膜进入细胞激活凋亡途径。然而，在进行毛地黄皂苷介导的cyt C递送的细胞中，caspase-3水平显著增加，蓝色荧光显著增强。细胞形态发生明显变化，细胞体积缩小，并形成凋亡小体。这些结果表明，递送的cyt C成功诱导细胞凋亡，并且外源蛋白可以通过微流控探针有效地引入细胞内并发挥作用。图5. Cyt C被递送至A549以诱导细胞凋亡为了进一步探索这种方法在细胞研究中的潜力，作者利用它来研究肿瘤耐药性。CypA (M w = 18 kDa) 是一种广泛存在的细胞内蛋白质，可充当抗氧化剂。最近有报道称CypA通过重塑细胞氧化状态介导结直肠癌耐药。BCNU是一种常用的抗肿瘤药物，其诱导细胞毒性的机制之一是谷胱甘肽还原酶的抑制导致ROS的积累。利用微流控探针将CypA递送到U87中，研究CypA对胶质瘤耐药性的影响。与对照组相比，未经CypA递送的细胞经BCNU处理1小时后ROS水平显着升高，并且细胞形态发生改变。对于递送CypA的细胞，ROS含量显着低于未递送细胞，并且细胞保持正常形态。结果表明，递送的CypA在细胞中具有抗氧化作用，这可能增强U87对BCNU的耐药性。抑制CypA表达可能是治疗神经胶质瘤的潜在方法。图6. CypA对胶质瘤耐药性的影响总结作者开发了一种基于开放式微流控探针的方法，以方便高效地实现单细胞递送。该方法通过使用化学试剂对单个细胞进行质膜穿孔，将最大分子量为150 kDa 的外源货物递送到细胞中。与载体介导或场辅助递送方法相比，该方法不需要对货物进行额外处理，无需物理场辅助的温和递送条件也避免了对货物和细胞的额外损伤。作者展示了使用微流控探针进行cyt C和CypA的细胞内递送，证明了该方法能够研究外源蛋白质对细胞生命活动的影响。未来，各种货物（肽、蛋白质、mRNA、DNA、质粒、细胞器等）可以通过这种方法导入细胞内，调节细胞的生理功能和命运。而且该方法不需要昂贵的设备，操作简单，有望成为单细胞递送的一种理想方法。清华大学化学系林金明教授为该论文的通讯作者，清华大学化学系2022级博士生宋扬为本论文的第一作者。该研究受到国家重点研发计划（No.2022YFC3400700）和国家自然科学基金（No.22034005）的支持。关于林金明教授工学博士，分析化学专业。1984年福州大学毕业，1992年在日本昭和大学国际交流基金的资助下前往该大学药学部从事访问研究。1994年获得日本政府奖学金转入东京都立大学攻读博士学位，1997年3月获得工学博士学位，同年留校任教，2000年入选中国科学院“百人计划”，受聘中科院生态环境研究中心研究员、博士生导师；2001年获得国家杰出青年科学基金，2002年3月底回国工作，2004年入选清华大学“百名人才引进计划”，受聘清华大学化学系教授、博士生导师。2008年受聘教育部长江学者特聘教授,2014年入选英国皇家化学会会士。目前主要从事微流控芯片质谱联用细胞分析、化学发光/荧光免疫分析、复杂样品前处理分析、空气负离子检测与健康评估等研究。已培养博士研究生43名（含联合培养，其中留学生2名）、硕士研究生28名、博士后11名（其中留学生3名）、访问学者10名（其中外国访问学者1名）。

style type="text/css".TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }/stylestyle type="text/css".TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }/stylep　　近日，中国科学院上海药物研究所和华东理工大学合作研究，以“光致变色荧光糖探针光控识别细胞内靶物质”为题的论文，在线发表在《自然-通讯》上，该研究为细胞的靶向、精准功能标记研究提供了新的光可控化学探针工具。/pp　　可靶向、精准探测不同细胞生命和疾病过程的荧光探针技术，对生命科学的发展和疾病早期诊断具有重要意义。传统荧光探针易受生物背景光干扰，且通常只能通过被动扩散进入细胞产生待测物识别信号，造成了探测的低精确性。为解决这一关键问题，研究人员通过将螺吡喃光致变色分子、1,8–萘酰亚胺荧光团与具备膜受体主动靶向功能的半乳糖分子共价连接，创制了可通过远程光控实现细胞精准定位及靶标识别的光致变色荧光探针。初步研究发现，通过紫外/可见光的循环照射可实现对探针螺吡喃/部花青结构的可逆调控，进而实现探针萘酰亚胺荧光发射的循环“开/关”控制。此外，探针的螺吡喃态与细胞内广泛存在的硫化物不发生相互作用，而当远程光激活其部花青态时，探针可迅速与亚硫酸根阴离子发生化学反应，从而阻断探针的光致变色活性，使荧光处于恒定的“开启”状态。/pp　　基于其独特的光学性质，研究人员进一步应用所构建探针实现了细胞精准荧光标记及光控靶标识别：首先，探针可在水相中形成双亲性胶束，从而通过糖簇与一种膜受体的高亲和力识别实现主动细胞定位。随后，通过紫外/可见光的循环调控，探针可在细胞内执行多次可重复的“荧光闪烁”现象，从而提升了荧光探针在复杂细胞内环境中的定位精准度。最终，探针可通过远程光激活策略（即螺吡喃向部花青结构的光调变）实现细胞内源性亚硫酸根阴离子的灵敏探测与定量。/pp　　研究工作得到国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金优秀青年科学基金、高等学校学科创新引智计划(111计划)的资助。/ppbr//pp style="text-align:center "img alt="" oldsrc="W020171107525632911367.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/74f6b9bf-6e50-4459-9c17-bdff754781c0.jpg"//pp style="text-align: center "光致变色荧光SP-Gal的分子设计及其在溶液和细胞内的作用机制/p

近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所四室研究员孟国文课题组与安徽光学精密机械研究所研究员毛庆和课题组合作，在具有表面增强拉曼散射(SERS)活性的光纤探针研究方面取得新进展。基于静电吸附原理，研究团队发展了一种普适的组装方法，将多种具有等离激元特性的带电金属纳米结构组装到锥形光纤探针表面。该结构可用作SERS光纤探针，对污染物的远程、便携式在线检测具有重要意义。相关结果发表在ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 17247?17254上。　　光纤通信技术的发展，为污染物的高通量、远程实时SERS检测开辟了新途径，其核心思想是将高SERS活性纳米结构耦合到光纤探针表面，并集成到便携式光纤拉曼光谱仪上，通过采集并检测污染物的SERS信号，实现污染物便携快速检测。为了实现此目的，研究人员发展了涂拉法、光化学沉积或物理气相沉积等方法，将贵金属纳米结构沉积到光纤探针上。然而，这些研究方法制备的SERS光纤探针在功能上具有一定的局限性。例如，对于涂拉法，SERS活性纳米结构在光纤表面的附着力较弱，在液体样品中容易扩散，进而影响到检测信号的稳定性 对于物理气相沉积和激光诱导的光化学沉积法，由于受限于制备过程，难以精确调控纳米结构的形貌和尺寸，无法优化其局域电磁场增强及表面等离子体共振特性，不能保证SERS检测污染物的灵敏度。　　针对上述问题，孟国文课题组和毛庆和课题组合作，采用静电组装法(如下图)，将带有正/负电性的贵金属纳米结构组装到硅烷偶联剂修饰的锥形光纤表面，构筑了一种高效的SERS光纤探针。首先，在基于液相法构筑形貌可控的纳米结构的过程中，使用的表面活性剂可以使纳米结构呈现出可控的表面物理化学特性，如带有正/负电、亲/疏水性等。其次，光纤主要成分是氧化硅、表面有大量羟基，易于与硅烷偶联剂通过形成Si-O-Si键耦合 同时硅烷偶联剂末端具有一个官能团，使光纤整体富有特定的功能性。因此，对于带负电的纳米结构(如柠檬酸根保护的金纳米球)，选取带氨基的硅烷偶联剂修饰光纤 反之，对于带正电的纳米结构(如CTAB保护的金纳米棒)，采用带羧基的硅烷偶联剂修饰光纤，可实现贵金属纳米结构在光纤表面的有效组装。比如，可将多种不同形貌及光学特性的SERS活性纳米结构(金纳米球、金纳米棒、金@银核壳纳米棒和立方银)可控组装到光纤表面。这种SERS光纤探针具有稳定性高(相对信号偏差低于3%)、面向光纤种类多(适用于单模、多模、D型和微纳光纤等)及灵敏度高等优势，对农残甲基对硫磷的敏感度达到10纳摩尔。相关成果已申请国家发明专利并发表在ACS Appl. Mater. Interfaces杂志上。　　上述研究得到国家科技部“973”计划和国家自然科学基金等项目的资助。　　左：带电纳米结构组装到锥形光纤探针上的示意图。中：纳米立方银组装到光纤前后的光学照片及扫描电镜照片。右：SERS光纤探针在分析物溶液中及空气中的SERS信号。

5月7日，美国材料研究学会(Materials Research Society，MRS)官方网站的“材料研究当前新闻”(Current research news of Materials News)栏目，以“光栅刷子能清洁原子力显微镜的探针针尖”为题，报道了哈尔滨工业大学化工学院甘阳教授发表在Ultramicroscopy上的原创性研究成果(合作者为墨尔本大学的Franks教授，“Cleaning AFM colloidal probes by mechanically scrubbing with supersharp ‘brushes’”, Ultramicroscopy, Volume 109, Issue 8, July 2009, Pages 1061-1065.)。这是甘阳教授继2009年受邀在《表面科学报告》(Surface Science Reports)上发表独立署名特邀综述后，又一引起国际关注的成果。　　该报道称：“清洁原子力显微镜(atomic force microscope，AFM)针尖是AFM可靠成像和力测量的关键。研究者现在发现，具有超尖刺突的标定光栅作为‘刷子’，可用来机械清除AFM探针上的污染物，这是通过把探针在加大力的恒力模式下扫描刺突来实现。这一方法，不但能用来无损、高效地去除有机和无机污染物，而且可以实现污染物去除和探针研究的一步完成。此外，该方法既可用来清洁胶体/颗粒探针，也可以用来清洁标准AFM针尖。”　　甘阳教授认为，作为一种新型的表面污染物“定点”清除方法，该方法的应用远不限于清洁原子力显微镜探针，更有望在广泛的表界面研究、微电子等领域中得到广泛的应用。

您是否难以在肿瘤学、关节炎或体内炎症模型中获得与生理相关的监测时间点？在临床前研究中，监测和可视化分析生物系统中的生物学靶点，信号通路和疾病发生过程的能力至关重要。诸如MMPSense系列的近红外荧光探针正是帮助您推进针对炎症、关节炎和肿瘤学研究计划所需要的体内成像剂。什么是MMPs，它们的功能是什么?基质金属蛋白酶(MMP)是钙依赖性的含锌内肽酶，可促进多种组织的体内平衡，并通过降解细胞外基质参与多种生理过程，例如组织重塑，血管生成，免疫和伤口愈合。在健康的生物学模型中，其激活受到多种机制调节。而在疾病发病过程中，MMP激活失去调控，且可能对基础结构蛋白造成潜在地严重破坏。因此，我们不仅需要在病灶处检测常规MMP的表达水平，更须具备区分活性和非活性MMP的能力，使得我们能够揭示独特的局部生物学作用以及评估特定药物的治疗功效。正常以及异常激活MMP时检测和定量体内活性MMP的能力可以反映许多疾病相关过程的进展和严重程度，包括：1癌症，肿瘤转移，血管生成2心血管重塑，心脏代谢疾病，动脉粥样硬化3炎症4肺部疾病 5类风湿关节炎，自身免疫，骨关节炎 6寄生虫感染7缺血性脑损伤图1. 基质金属蛋白酶在组织重塑区域中具有活性，在这种情况下，在肿瘤生长、侵袭和血管形成部位处MMPs高度表达且具有活性。MMPSense近红外荧光探针的作用原理是什么？MMPSense近红外(NIR)荧光探针使用新型专利技术*实现体内蛋白酶活性的可视化成像。在完整的探针中，荧光团彼此靠近并发生淬灭，因此不发光（图2a）。在活性基质金属蛋白酶存在的情况下，会切割短的底物序列或支架，使得荧光团彼此分离并去猝灭，最终在被激发光激发后发射出荧光信号（图2b）。图2. MMPSense探针激活原理图。(a)与荧光团非常接近的信号淬灭探针，(b)蛋白酶切割将荧光团分开，从而能够去淬灭并被激活。如何使用MMPSense近红外荧光探针？我们在此介绍了两项应用案例以说明 MMPSense 荧光探针的应用方法。应用研究 1 - 关节炎模型使用MMPSense 680监测关节炎的进展和体内治疗在用胶原蛋白免疫或全身注射抗胶原抗体的关节模型中，水肿、炎症和抗胶原的免疫反应会导致关节中组织和骨骼的破坏。这些通常都表现为爪子肿胀程度的变化。目前，最常通过爪子肿胀减轻、主观临床评分和组织病理学来追踪抗炎和抗关节炎疗法的功效。使用MMPSense，除了进行上述的标准评估方法外，您可以无创检测和监控潜在炎症过程中的早期细微变化，通过监测MMP活性这一手段所反映的疾病进展与药物疗效，与后期的组织学评估结果相吻合。在图3中，您可以在给予MMPSense 680后24小时（图3a）模拟健康爪子（对照）和（图3b）胶原处理的患有发展性关节炎的鼠爪中观察到MMP激活。图3. 使用MMPSense 680，在健康和胶原处理的鼠爪中MMP激活。在FMT4000小动物活体荧光断层成像系统上成像。应用研究 2 – 肿瘤模型通过植入的4T1肿瘤细胞在乳腺脂肪垫模型中监测肿瘤发展借助MMPSense荧光探针，可进行多时间点化疗药物治疗下的肿瘤进展观察。图4显示了未治疗的对照乳腺脂肪垫肿瘤（对照），用N-乙酰半胱氨酸和MMP抑制剂(NAC + pan-MMPI)治疗的动物以及用治疗剂多西环素治疗的动物。注射MMPSense 750 FAST探针后12小时，通过落射荧光成像观察肿瘤进展。图4. 注入小鼠乳腺脂肪垫模型中的植入Bioware Brite 4T1-Red-Fluc肿瘤细胞的肿瘤发展和监测。使用MMPSense 750 FAST荧光探针和FMT4000小动物活体荧光断层成像系统对结果进行可视化。将 MMPSense 荧光探针检测融合到完整活体检测解决方案中珀金埃尔默提供了完整的体内成像解决方案，包括试剂、仪器和支持专业知识，这可以帮助您监测和设计实验，以了解疾病的进展及其相关过程，并评估针对疾病潜在机制的药物潜在治疗效果。MMPSense用于探测病灶中高表达的基质金属蛋白酶（MMP，metalloproteinase，包含MMP2、3、7、9、12、13）的活性，适用于肿瘤、关节炎、肺炎、心血管疾病动物模型的研究及相关药物研发。MMPSense提供三种波长：645、680和750nm。MMPSense FAST（Fluorescent Activatable Sensor Technology，荧光激活传感器技术）系列具有更出色的药代动力学特征，能够在更早的时间点提供更高的靶标特异性信号，降低了背景，同时还缩短注射后的等待成像时间。现针对MMPSense系列产品可享受一次性50%折扣优惠，促销活动至2020年3月31日截止。（*专利9574085-具有生物相容性的含N，N-二取代磺酰胺的荧光染料标签。）现针对MMPSense系列部分产品可享受一次性50%折扣优惠，促销活动至2020年3月31日截止。促销产品目录MMPSense 645 FAST货号：NEV10100MMPSense 645nm 近红外荧光探针 (FAST系列)，具有更高特异性及更快动力学特性，用于探测病灶中高表达的基质金属蛋白酶(MMP, metalloproteinase)活性，包含MMP2/3/7/9/12/13，可用于癌症、关节炎、肺炎、心血管疾病研究。原价：￥5,750促销价：￥2,875识别二维码下单MMPSense 680货号：NEV10126用于探测病灶中高表达的基质金属蛋白酶(MMP, metalloproteinase)活性，包含MMP2/3/7/9/12/13，可用于癌症、关节炎、肺炎、心血管疾病研究。原价：￥5,750促销价：￥2,875识别二维码下单MMPSense 750 FAST货号：NEV10168MMPSense 750nm 近红外荧光探针 (FAST系列)，用于探测病灶中高表达的基质金属蛋白酶(MMP, metalloproteinase)活性，包含MMP2/3/7/9/12/13，可用于癌症、关节炎、肺炎、心血管疾病研究。原价：￥5,750促销价：￥2,875识别二维码下单